基于ansys及有限元可靠性分析(編輯修改稿)
2025-02-12 13:33 本頁面
【文章內容簡介】 。圖3 UY_MAX樣本趨勢圖表明曲線走勢平穩(wěn)，則說明仿真次數(shù)足夠多。圖3 UYJ AX樣本趨勢圖從計算機分析可以看出，Z％。％。3基于隨機有限元法的連桿可靠性分析 可靠度隨機有限元方法隨機有限元是隨機分析理論與確定性有限元方法相結合的產物。隨機有限元的研究內容是分析結構在變異隨機量的影響下，各種反應量(包括位移、內力、應力等)的空間變異特征，即研究已知的輸入變異性和待求的反應量變異性的某種傳遞規(guī)律。在結構的極限狀態(tài)由功能函數(shù)Z=g(x)來表達，其中隨即變X=(X1,X2, …,Xn)表征各參數(shù)的不確定性。當g(x)0，結構處于安全狀態(tài)；當g(x)=O，表示結構處于極限狀態(tài)；而當g(x)O，則表示結構處于失效狀態(tài)。設抗力R、作用效應S均為正態(tài)分布變量，其均值和標準差分別為,和,則變量Z也是正態(tài)隨機變量，且有,。變量z的概率密度函數(shù)為： （5）根據(jù)定義，結構的失效概率為： （6）通過失效概率就可得到結構的可靠度。在工程實際的結構可靠性計算中，R和S一般表示結構的強度和應力。對于大部分結構來說，得到確切的極限狀態(tài)方程g(X)表達式比較困難。Ansys采用蒙特卡羅法數(shù)值模擬技術進行可靠性分析。 連桿可靠性分析Ansys進行可靠性分析可分為創(chuàng)建分析文件、進行可靠性分析和可靠性結果輸出3個步驟。在每一步中又要完成一定的工作，具體過程(前2步按由上至下、從左到右順序)如圖4所示。圖4 Ansys可靠性分析過程本文根據(jù)SL4100柴油機連桿實際尺寸，忽略連桿大端外形結構，進行簡化，在PRO/E三維軟件中建立連桿三維實體模型，然后將模型導人Ansys中。在參數(shù)定義對話框中定義參數(shù)力F和彈性模量E；在單元庫中選擇8節(jié)點四面體SOLID45；。采用自由網格形式劃分有限元網格。得到連桿模型如圖5所示。圖5 連桿有限元模型為限制桿身的剛體位移，在連桿的大頭限制X，Y，Z方向的自由度，在小頭限制Y，Z方向的自由度。材料受壓的能力一般強于受拉的能力，故對連桿加載最大拉工況的力。由柴油機試驗知，拉工況時，連桿受力按余弦方式，分布角為180176。分布在180176。的外側圓周上。采用APDL語言編制程序進行加載。然后進行有限元求解并提取分析數(shù)據(jù)，生成可靠性分析文件。指定剛才生成的可靠性文件，定義彈性模量E及載荷力F為輸入隨機變量，分布類型為正態(tài)分布；設置應力為輸出變量?？煽啃苑治龇椒ú捎妹商乜_方法，抽樣方法選用拉丁超立方方法。執(zhí)行可靠性文件分析，完成可靠性分析。最后進行分析結果輸出?？傻迷O計變量在置信度大于99％ 時隨應力變化的可靠度變化規(guī)律曲線(如圖6所示)。由圖6的概率分布函數(shù)圖可知，上、下2條曲線給出了危險部位的最大和最小可靠度，中間的曲線給出了設計參數(shù)對危險部位的累積可靠性分析結果，可以得到在一定應力下連桿的可靠性大小或一定可靠性要求下，連桿能承受的應力值，以此作為強度可靠性分析的參考數(shù)據(jù)。通過Ansys的散點圖顯示功能，對設定的輸入隨機因素由分布的散點來反映與輸出隨機變量的關系。由圖6可知，散點相對集中，彈性模量和載荷對應力都有影響，由散點圖的密集程度可得載荷是影響可靠性的主要因素。從圖7可得，彈性模量的劇烈變化會引起應力的變化，這樣就可能引起零件高周疲勞破壞，致使零件可靠性降低。而彈性模量只與材料化學成分有關，因此，應采取必要措施改善柴油機燃燒室環(huán)境，減小連桿材料化學成分的較大變化，從而最大限度降低彈性模量的顯著變化，提高連桿可靠性。從圖8可得，載荷的變化也會引起應力的變化，帶來零件疲勞破壞，降低可靠性。同時，二者存在正相關關系，載荷的突變會使應力突變，可靠性降低。因此，柴油機應盡量避免載荷劇烈波動和過載。圖6 輸出
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