【正文】 車輛與交通 教研室 5 第 1 章 緒 論 活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一，與連桿構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，活塞通過運(yùn)動(dòng)將燃?xì)鈮毫鬟f給連桿再至曲軸輸出，工作時(shí)受力非常復(fù)雜。在常溫下活塞裙部斷面制成長軸垂直于活塞銷方向的橢圓形，以保證在熱態(tài)下活塞與氣缸的配合間隙均勻。以降低頂部及環(huán)區(qū)的溫度，并減少熱應(yīng)力?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)工作條件最嚴(yán)酷的零件。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相應(yīng)的邊界條件，由于物體的 8 幾何形狀復(fù)雜或者某些特征是非線性的，也很難得到其力學(xué)問題或場問題的解析解。 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。 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。 (2)查看振型圖。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(dòng)手能力、對事物的觀察能力以及細(xì)心程度。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。 菜單路徑 Main Menu → General Postproc→ Results Summary。 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。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。 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(dòng)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。陶瓷的加工余量大、加工刀具費(fèi)用大。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。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。 ........................................................................................ 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(dòng)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)。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。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(shí)軸向竄動(dòng)。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。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。 因 此，完整的有限元分析為：①?zèng)Q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。 求 解 菜單路徑 Main Menu→ Solution→ Solve→ Current LS，彈出一個(gè)提示框。游覽后執(zhí)行 FileClose 命令，單擊 OK 按鈕開始求解運(yùn)算。 由圖 59 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 。 我們了解了有限元分析的基本原理和方法； 熟悉了 ANSYS 軟件的圖形用戶界面和菜單；能熟練創(chuàng)建二維和三維有限元分析模型；會(huì)使用指定的單元對有限元分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，也能對一些簡單的有限元分析模型選擇合適的單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；能使用工程力學(xué)的知識來確定模型的約束條件和受力的類型；學(xué)會(huì)了使用有限元分析軟件對有限元分析模型進(jìn)行計(jì)算；初步掌握有限元分析后處理過程，并對計(jì)算結(jié)果作出正確的評價(jià)；初步學(xué)會(huì)并掌握使用有限元分析方法對機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。選擇 Displacement vector sum，即可得到讀取載荷步的第 4~10 階振型圖 53~圖 59 所示 圖 53 第 4 階振型 圖 54 第 5 階振型 由圖 53 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 。 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。效果如圖 42 所示 約束圓孔的 4 個(gè)曲面為全約束。 有限單元法分析問題的思路是從結(jié)構(gòu)矩陣分析推廣而來的。在氣體壓力、往復(fù)慣性力和測壓力的綜合作用下，活塞的機(jī)械負(fù)荷相當(dāng)嚴(yán)重，造成了活塞變形、活塞裙部磨損、活塞銷座開裂等不良后果。 （ 4）比重小。膨脹槽必須斜 6 切，不能與活塞軸線平行，以防導(dǎo)致氣缸磨損不均勻。活塞承受著高溫、高壓的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。此外，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)線速可達(dá) 11m/s~16m/s；在這種惡劣的條件下工作，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生很大的附加載荷。 有些活塞裙部除設(shè)有隔熱槽外，還有膨脹槽，膨脹槽可使活塞裙部具有一定的彈性，在低溫時(shí)與氣缸的配合間隙較小并且高溫時(shí)又不致在氣缸中卡死。使活塞與氣缸間能保持較小間隙。此外，活塞還要承受連桿傾斜位置時(shí)側(cè)壓力的周期性沖擊。 有限元法其基本思想是將求解區(qū)域離散為一組有 限的且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體。 劃分精度為 4，此模型劃分為 19153 個(gè)單元，共 30074 個(gè)節(jié)點(diǎn) 選擇分析類型 菜單路徑 Main Menu→ Solution→ Analysis Type 彈出“ New Analysis”，設(shè)定分析類型為“ Static” 施加載荷 施加兩孔約束 菜單路徑 Main Menu→ Solution→Define Loads → Apply → Structural →Displacement→ On Areas 命令，彈出一個(gè)拾取框，拾取圓孔的 4 個(gè)曲面，單擊 OK 按鈕，選擇“ ALL DOF”選項(xiàng)，單擊 OK 按鈕。分別選擇” Structural Solid”和” Tet 10node 92”選項(xiàng)，單擊 OK 按鈕，單擊 Close 按鈕，完成單元類型選擇。ot→ Nodal Solu，彈出“ Contour Nodal Solution Data”對話框。這次