【正文】 菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Meterial Props→ Material Models→ Structure→ Linear → Elastic → Isotropic EX= PRXY= 菜單路徑 Main Menu → Preprocessor →Meterial Props → Material Models → Density DENS= 劃分網(wǎng)格 菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Meshing→ Meshtool，彈出一個拾取框，勾選 圖 41 Smart Size，設(shè)定為 4，采用自由網(wǎng)格劃分方式，點(diǎn)擊“ Mesh”，單擊 Pick All 按鈕， 13 生成有限元分析模型如圖 41。 因 此，完整的有限元分析為：①決定分析項(xiàng)目，獲取材料性質(zhì)，分析結(jié)構(gòu)；②建立有限模型，包括單元類型、材料性質(zhì)、生成有限元網(wǎng)格；③加載并求解；④輸出分析結(jié)果。在這種情況下，采用有限元法進(jìn)行其工作狀態(tài)的仿真，將為活塞組的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)提供有力的手段。由于它的通用性和有效性，所以受到工程技術(shù)界的高度重視?；钊ぷ鲿r，頂部承受了很高的燃?xì)鈮毫?，而且做往?fù)運(yùn)動的活塞組的慣性力將達(dá)到很高的數(shù)值。具有優(yōu)于金屬的高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變能力，熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率低、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗氧化性能優(yōu)良。 （ 3）膨脹系數(shù)小。在活塞銷座孔內(nèi)一般加工有卡環(huán)槽，以便安裝活塞銷卡環(huán)，防止活塞銷工作時軸向竄動。在常溫下活塞呈上小下大的錐形。是指活塞環(huán)槽以上的部分，主要用來安裝活塞環(huán)，以實(shí)現(xiàn)氣缸的密封。 題目分析 工作特點(diǎn) 在發(fā)動機(jī)工作時，活 塞直接與瞬時溫度 2200 攝氏度的高溫氣體壓力，汽油機(jī)達(dá)4MPa~5MPa，柴油機(jī)高達(dá) 8MPa~9MPa，甚至更高；這就使得活塞陳勝沖擊，并承受側(cè)壓力的作用。 ........................................................................................ 17 查看各階振型 ............................................................................................ 18 設(shè)計(jì)小結(jié) .............................................................................................................................. 20 參考資料 .............................................................................................................................. 21 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書 2021～ 2021 學(xué)年第一學(xué)期 《機(jī)械 有限元分析 》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方向課程設(shè)計(jì) 班級 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 2021（專升本 ） 地點(diǎn) 403 一、課程設(shè)計(jì)目的 課程目的和任務(wù)旨在使學(xué)生了解有限元分析的基本方法，通過使用計(jì)算機(jī)計(jì)算工程力學(xué)中的若干問題，進(jìn)一步加深工程力學(xué)課程中的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學(xué)生解決一些簡單的工程實(shí)際問題的能力，為學(xué)生在今后的機(jī)械課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中對機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。因此活塞作為發(fā)動機(jī)中熱傳遞能量的一個非常重要的構(gòu)件。有些油環(huán)槽的底部是一條較窄的槽，除回油作用外，還有減少活塞頭部向裙部傳遞熱量的作用，所以稱之為隔熱槽，有些活塞的隔熱槽設(shè)在油環(huán)槽下方的活塞裙部。為防止切槽處裂損，在隔熱槽和膨脹槽的端部都必須加工止裂 孔。在活塞內(nèi)腔的活塞銷座與活塞頂部之間一般鑄有加強(qiáng)筋，以提高活塞的剛度。以降低活塞組的往復(fù)慣性力，從而降低了曲軸連桿組的機(jī) 械負(fù)荷和平衡配重 材料選取 通過分析各項(xiàng)材料的數(shù)值和性能，發(fā)現(xiàn)鋁基復(fù)合材料密度低，有良好的尺寸穩(wěn)定性，增強(qiáng)體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和模量的同時，降低了塑形。陶瓷的加工余量大、加工刀具費(fèi)用大。由于活塞頂部的燃?xì)鉁囟群芨?，且分布不均勻，使得?塞熱膨脹量增大，從而破壞活塞與氣缸壁之間的正常間隙。 鑒于此，采用有限技術(shù)，應(yīng)用 ANSYS 軟件對活塞進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)動力分析及相應(yīng)的非線性分析，研究活塞組件在不同情況下的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)、變形分布規(guī)律及其危險(xiǎn)部位，將具有非常重要的意義。起源于 50 年代的桿系結(jié)構(gòu)矩陣分析，是把每一桿件作為一個單元，整個結(jié)構(gòu)就看做是由有限單元連接而成的集合體，分析每個單元的力學(xué)特性后，再組集起來就能建立完整的力學(xué)方程式，最后利用計(jì)算機(jī)求解。通過查找質(zhì)料分析可知，是由于 ProE 版本過高導(dǎo)致，顧此次3D 建模不采用 ProE 建模，而是使用ANSYS 軟件建模。 圖 42 施加面載荷 菜單路徑 Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ Structural→ Pressure→ On Areas 命令，彈出一個拾取框。 結(jié)果后處理 變形 圖 44 Y 方向的變形圖 圖 45 總的變形 由圖 44 可以看出， Y 方向上的節(jié)點(diǎn)位移最大值為 ；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最小的解為 ，發(fā)生在活塞的最頂部；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最大的解為 ，發(fā)生發(fā)生在兩圓孔處。 材料屬性 通過分析，本次設(shè)計(jì)活塞材料為鋁合金，其材料屬性為：彈性模量 71GMP，泊松比為 ，密度為 3/ mmKG 菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Meterial Props→ Material Models→ Structure→ Linear → Elastic → Isotropic EX= PRXY= 菜單路徑 Main Menu → Preprocessor →Meterial Props → Material Models → Density DENS= 劃分網(wǎng)格 菜單路徑 Main Menu → Preprocessor →Meshing→ Meshtool,彈出一個拾取框，勾選 Smart Size， 圖 51 設(shè)定為 4，點(diǎn)擊“ Mesh”，采用自由網(wǎng)格劃分方式，單擊 Pick All 按鈕，生成有限元 17 分析模型如圖 51。 菜單路徑 Main Menu → General Postproc→ Results Summary。 由圖 54 可以看出，總的節(jié)點(diǎn)位移最大值為 ；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最小 的解為；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最大的解為 。還好有老師的細(xì)心指導(dǎo) ,我們的學(xué)習(xí)效率提高了很多。 通過實(shí)踐和書本上的知識聯(lián)系起來，為我們下一步的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在本次實(shí)踐過程中，我不僅更加了解了軟件的使用，對零件設(shè)計(jì)的知識有了更深的理解而且還培養(yǎng)了自己的動手能力、對事物的觀察能力以及細(xì)心程度。 由圖 58 可以看出，總的節(jié)點(diǎn)位移最大值為 ；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最小的解為 ；節(jié)點(diǎn)變形結(jié)果中最大的解為 。 (2)查看振型圖。 求解 菜單路徑 Main Menu→ Solution→ Solve→ Current LS，彈出一個提示框。 16 第 5 章 加載、求解、結(jié)果后處理（模態(tài)） 單元類型設(shè)置 菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Element type→ Add/Edit/Delete 命令，彈出Element Type 對話框。所以我們只考慮頂部壓力載荷，活塞頂部曲面受到的壓力為 3MPa。 設(shè)置單元尺寸 菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Meshingr→ Size Cntrl→ Manualsize→ Globa→ size 在彈出的 Global Element sizes 的對話框中得 SIZE Elemen edge length的選項(xiàng)中輸入 3，并點(diǎn)擊 OK。 最后，把所有單元的這種特性關(guān)系，按照保持節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)和節(jié)點(diǎn)力平衡的方式集合起來，就可以得到整個物體的平衡方程組，引入邊界的約束條件后，解此方程就求得節(jié)點(diǎn)位移，并計(jì)算處各單位的應(yīng)力。而且對于活塞組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件，即使得到問題所遵循的基本方程和