【導(dǎo)讀】機(jī)的樣本，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)繪以得到相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)。并在此基礎(chǔ)之上，對(duì)機(jī)體結(jié)。受力等問(wèn)題進(jìn)行詳盡的分析，并得到了精確的分析結(jié)果。利用Pro/E對(duì)機(jī)體進(jìn)行三維建。進(jìn)行分析、網(wǎng)格劃分、施加約束和載荷，最后進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度計(jì)算。研究?jī)?nèi)容及意義··························3. 175F機(jī)體實(shí)體建模過(guò)程·······················5

　　

【正文】 用密的網(wǎng)格。而計(jì)算固有特性時(shí)則應(yīng)趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式。這是因?yàn)楣逃蓄l率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，可減小數(shù)值計(jì)算誤差。 本文計(jì)算機(jī)體的變形、應(yīng)力分析時(shí)，由于機(jī)體模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，若采用不同的網(wǎng)格劃分方式 ，在變形、應(yīng)力集中的突變部位采用較密的網(wǎng)格，其他部分采用較大網(wǎng)格進(jìn)行劃分時(shí)的難度和工作量都會(huì)有很大。故本文采取比較折衷的方法，網(wǎng)格劃分單元采用精度較高的四面體十節(jié)點(diǎn)二次單元，利用 ANSYS 網(wǎng)格智能劃分功能 (SmartsizeMesh)對(duì)機(jī)體進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分。 Pro/E 文件導(dǎo)入 ANSYS Pro/E 文件導(dǎo)入 ANSYS ① 將 prt 文件另存為“ igs”格式 ② 點(diǎn)擊 FileImportIGS,選擇保存的“ igs”文件 ③ 依次選擇 PlotctrlStyleSolit Model FacetsFine ④ 依次選擇 PlotVolumes 30 圖（ ） 分析前處理 1）創(chuàng)建“ jitia”的工作名：從主菜單中選擇 Main Menu： File＞ Change Jobname… 。 打開“ Change Jobname”對(duì)話框，在文本框中鍵入“ jitia”作為新的作業(yè)名，然后單擊“ OK”按鈕，如圖所示。 圖 （ ) 2）更改標(biāo)題為“鋼板彈簧” 從主菜單中選擇 Main Menu： File＞ change title 打開“ change title”對(duì)話框，在文本框中鍵入“ jitib”， 然后單擊“ OK”按鈕，如圖所示。 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 31 圖 （ ) 3)定義單元類型 (在 Library of element types 中設(shè)置為 Solid92) 從主菜單中選擇 Main Menu： Preprocessor＞ Element Type＞ Add/Edit/Delete 命令，將打開的 “Element Type（單元類型） ”對(duì)話框。 單擊 “Add…” 按鈕，將打開 “Library of Element Types（單元類型庫(kù)） ”，如圖所示。 圖 （ ) 圖 （ ) 32 圖 （ ) 可以繼續(xù)添加，步驟一樣，添加之后再圖框中單擊“ Ok”，并關(guān)閉單元類型框，返回，最后定義單元類型如圖所示。 圖 （ ) 4）設(shè)置實(shí)常數(shù)： 實(shí)常數(shù)在劃分網(wǎng)格之前要定義好，這里的 Solid92 十節(jié)點(diǎn)無(wú)需定義實(shí)常數(shù)。 5）定義材料類型： 在有限元靜力非線性分析中必須定義材料類型，本文 175F 柴油機(jī)機(jī)體采用鑄鐵，其有關(guān)材料特性參數(shù)如下 [14]: 密度 /（ 3/kg m ） 7200 彈性模量 /Gpa 120 泊松比 / 從主菜單中選擇 Main Menu： Preprocessor＞ Material Props＞ Material Model 命令，將第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 33 打開 “Define Model Behavior（定義材料模型屬性） ”窗口，如圖所示。 圖 （ ) 依次單擊 Structural＞ Linear＞ Elastic＞ Isotropic，展開材料屬性的樹形結(jié)構(gòu)。將打開1 號(hào)材料的彈性模量 EX 和泊松比 PRXY 的定 義對(duì)話框，如圖所示。 圖 （ ) 在對(duì)畫框 的 EX 文本框中輸入彈性模量 ，在 PRXY 文本框中輸入泊松比 單擊“ OK”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，并返回到定義材料模型屬性窗口，在此窗口的左邊一欄出現(xiàn)剛剛定義的的材料屬性。如圖所示 . 34 圖 （ ) 圖 （ ) 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 35 劃分網(wǎng)格 利用 ANSYS 網(wǎng)格智能劃分功能 (SmartsizeMesh)對(duì)機(jī)體進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分。 查看節(jié)點(diǎn)數(shù)與單元數(shù)：得到總數(shù)為 76790 個(gè)單元格， 135621 個(gè)結(jié)點(diǎn)。圖 ()為生成的有限元模型。 圖 （ ) 模型邊界條件與載荷的確定 約束處理 從數(shù)學(xué)的角度來(lái)講，問(wèn)題的邊界條件屬于解的唯一性條件，對(duì)它的模擬合理與否直接影響解的合理性。邊界條件的施加是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限元分析的難點(diǎn)之一。邊界條件的施加方式與有限元網(wǎng)格模型的生成方式直接相關(guān)，對(duì)基于幾何模型建立的有限元模型，邊界條件可以施加在幾何模型的邊、表面、點(diǎn)。一旦生成有限元模型，軟件可自動(dòng)將邊界條件轉(zhuǎn)換施加到節(jié)點(diǎn)、單元面和單元邊等有限元實(shí)體上。如果在幾何位置點(diǎn) (頂點(diǎn)、邊或面上的位置點(diǎn) )上施加的邊界條件，則必須在施加后對(duì)模型進(jìn)行自由式網(wǎng)格劃分后才能生效。為了確保每一個(gè)幾何點(diǎn)都與節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，應(yīng) 該對(duì)幾何點(diǎn)施加邊界條件后再進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分。這樣可以使繁雜的邊界條件施加變得直觀方便 [15]。 36 邊界條件的確定方法大體上可分為解析法、試驗(yàn)法和試算法。實(shí)際上精確的邊界條件的確定是非常困難的。 175F 柴油機(jī)在實(shí)際工作中是通過(guò)機(jī)體和飛輪殼上的四個(gè)支座，用螺栓固定在裝置的車架上。為了盡可能真實(shí)的反映機(jī)體在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的受力情況，在分析中仔細(xì)考慮了各種約束的影響。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的支撐，我們將機(jī)體底部施加約束來(lái)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，施加機(jī)體底部約束可以很好地清除機(jī)體各點(diǎn)位移中的機(jī)體位移分量，且對(duì)應(yīng)力分布無(wú)明顯影響， 能較好地反映機(jī)體各點(diǎn)的真實(shí)變形。 載荷的確定 機(jī)體載荷是機(jī)體靜強(qiáng)度分析計(jì)算的關(guān)鍵因素，它直接影響計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。在工作過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的作用力都在不斷的發(fā)生變化，為了考察機(jī)體在極限工作狀態(tài)下的強(qiáng)度，應(yīng)該選缸體做功行程中各部分受力最大的時(shí)刻進(jìn)行分別計(jì)算，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，工作狀態(tài)變化是一種循環(huán)過(guò)程，所以在機(jī)體強(qiáng)度、剛度分析時(shí)把某一缸極限工作狀況時(shí)刻的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的極限工作狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算。 根據(jù)第 3章提供的計(jì)算方法和計(jì)算公式，可以順利算出氣缸壁所受的工作壓力 gp 活轉(zhuǎn)角 360176。）受到最大爆發(fā)壓力作用，其值為 Pt＝ 。在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)時(shí)受到最大慣性力作用，其值 Ｐ z=， 此力通過(guò)連桿蓋軸瓦作用在軸連桿軸頸下部的圓柱面上。這兩個(gè)力在接觸處沿周向呈余弦規(guī)律分布。 加載和計(jì)算結(jié)果分析 加載 具體步驟是：選 擇 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural ，選擇Displacement 定義約束區(qū)，選擇 Force/Monent 定義加載載荷。如圖 ()和 ()所示。找出機(jī)體上受最大拉力和最大壓力的部位 ,這是兩種最危險(xiǎn)的工況。 圖（ ） 機(jī)體承受最大壓縮載荷的約束、加載情況 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 37 圖 （ ) 圖（ ） 機(jī)體承受最大拉伸載荷的約束、加載情況 圖 （ ） 38 分析載荷力云圖 在 Main Menu下選擇 General PostprocPlot Resultscontour plot Nodal Solu,將出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框 ,在 “Item to be contoured”下選擇 “stress”,在其下選擇 “VonM ises SEQV”,單擊OK。 從機(jī)體曲軸有限元應(yīng)力分析結(jié)果中可以看出 ,無(wú)論是受壓力見(jiàn)圖 ()還是受拉力見(jiàn)圖 (),在氣缸缸臂頂端周圍及缸蓋螺栓孔周圍都有較大集中應(yīng)力 ,圖中應(yīng)力單位為 Mpa 最危險(xiǎn)部位是缸套頂端。上述情況得到的應(yīng)力變化趨勢(shì)、危險(xiǎn)點(diǎn)與有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也是一致的。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮缸套頂端。 圖（ ） 機(jī)體承受最大壓縮載荷的應(yīng)力云圖 第四章：輕型 175F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 39 圖 () 機(jī)體承受最大拉伸載荷的應(yīng)力云圖 強(qiáng)度校核 從圖 ()和圖 ()中取出最大應(yīng) 力值，來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度校核。 靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核 靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算公式為maxbn ??? ，式中 b? 是材料強(qiáng)度極限， 175F 機(jī)體材料經(jīng)正火和調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度極限本文取 400MPa， max? 是危險(xiǎn)部位最大應(yīng)力，按最大應(yīng)力數(shù)進(jìn)行校核。其值為 ,故 n=400/= ,通?；诣T鐵靜強(qiáng)度安全系數(shù)為 3,故靜強(qiáng)度安全系數(shù)在許用范圍內(nèi) [16]。 疲勞安全系數(shù)校核 疲勞安全系數(shù)計(jì)算公式為： 1mn k?? ???????????式中， σa為應(yīng)力幅， σm為平均應(yīng)力，ψσ材料應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù) ,ψσ=； kσ 為有效應(yīng)力集中系數(shù)， kσ=； εσ 為尺寸系數(shù)， εσ=； σ1 為對(duì)稱疲勞極限， σ1=211Mpa； β為表面質(zhì)量系數(shù)， β=；nσ 為疲勞強(qiáng)度許用安全系數(shù) [17]。由應(yīng)力分布圖 ()、圖 ()可知， σmax=，σmin=。 )(21 m inm a x ??? ??? a )(21 m inm a x ??? ??? m 代入公式可得 ??n ，鑄鐵疲勞強(qiáng)度許用安全系數(shù)為 ,所以柴油機(jī)的機(jī)體滿足疲勞強(qiáng)度要求。 40 第五章： 總 結(jié) 機(jī)體本身就是汽車當(dāng)中的一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的部件，正因?yàn)樗鼜?fù)雜，所以人們?cè)谠O(shè)計(jì)與制造時(shí)并不能準(zhǔn)確的把握它的性能，于是為了避免高成本的制造生產(chǎn)， ANSYS 軟件便產(chǎn)生了。 ANSYS 能在機(jī)體還沒(méi)有完全制造出來(lái)的時(shí)候，可以先對(duì)機(jī)體進(jìn)行細(xì)致化的分析從而找到機(jī)體部分當(dāng)中存在的薄弱環(huán)節(jié)從而進(jìn)一 步的改良，節(jié)省了成本的投入。 本文以 ANSYS 軟件為平臺(tái)，用 175F 機(jī)體的三維模型導(dǎo)入到 ANSYS 中進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中就要求我們要相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)，一絲一毫的差錯(cuò)就可能導(dǎo)致有限元分析的錯(cuò)誤，從而功虧一簣。 ANSYS 有限元分析是首先以三維實(shí)體建模為基礎(chǔ)，考慮到 Pro/E 這款軟件在實(shí)體建模過(guò)程中具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以用它來(lái)對(duì) 175F 機(jī)體進(jìn)行實(shí)體建模。而用 ANSYS 對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行分析，網(wǎng)格的劃分就是重點(diǎn)，不同的形狀可以選取不同的劃分單元，不同的劃分單元影響著計(jì)算的精度，所以網(wǎng)格劃分值得仔細(xì)琢磨。另外就是加載和約束 的過(guò)程，約束類型很復(fù)雜，非線性接觸要建立接觸對(duì)，添加摩擦系數(shù)，約束有很多種，有面約束位移約束，加載要設(shè)置步載和子步，所以在這里要仔細(xì)的設(shè)置，一旦設(shè)置出了一丁點(diǎn)的差錯(cuò)就會(huì)對(duì)最后結(jié)果的精度造成影響。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了很多東西，深刻的了解到了自己知識(shí)的不足：對(duì)學(xué)習(xí)所得的東西往往停留在理論的程度上而沒(méi)有提升到實(shí)踐的高度上去。所以自己以后要學(xué)習(xí)的東西還很多。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多也領(lǐng)悟了很多。要想真正掌握一門軟件，只有通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)然后再不斷的實(shí)踐，再學(xué)習(xí)再實(shí)踐的過(guò)程，只有這樣才能把這門軟件真正的融會(huì)貫 通。在這次設(shè)計(jì)中 Pro/E 與 ANSYS 在對(duì)接時(shí)出現(xiàn)了一點(diǎn)錯(cuò)誤，其根本的原因就是自己平時(shí)沒(méi)有注意 Pro/E 畫圖的細(xì)節(jié)，在細(xì)微的地方還存在著一定的問(wèn)題從而導(dǎo)致分析的圖形出現(xiàn)錯(cuò)誤，這為以后的學(xué)習(xí)敲響了警鐘：凡是都要做到細(xì)致，一絲不茍。 第五章：總 結(jié) 41 參考文獻(xiàn) [1]周龍保 .內(nèi)燃機(jī)學(xué) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021:286298,331333. [2]趙士林 .國(guó)外內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向綜述 ()[J].內(nèi)燃機(jī) ,1996,(2):36. [3]胡恩球 .有限元網(wǎng)格生成方法發(fā)展綜述 [J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖 形學(xué)學(xué)報(bào) ,1997,(39):1521. [4]石晶 ,龐華廷 .CY4102BZQ柴油機(jī)機(jī)體有限元分析 [J].汽車技術(shù) ,2021,(8):1521. [5]陳新波 .柴油機(jī)機(jī)體有限元分析前處理 [J].農(nóng)用機(jī)械學(xué)報(bào) ,2021,(6):135137. [6]譚建國(guó) .使用 [M].北京 :中國(guó)水利水電出版社 ,2021:131. [7]謝里陽(yáng) .現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021:4547,79. [8]黃衛(wèi)東 ,任國(guó)棟 .Pro/ENGINEER [M].北京 :北京大學(xué)出版社 ,2021:14. [9]徐兀 . 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì) [M]．北京：人民交通出版社． 1995:2026. [10]陸際清 ,孟嗣宗 .汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) [M].北京 :清華大學(xué)出版社 .1990:208210. [11]丁德全 .金屬工藝學(xué) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .2021:95103. [12]王義亮 ,謝友柏 .四缸內(nèi)燃機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 [J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào) ,2021,(1):1318. [13]黃晉英 .發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元建模與動(dòng)態(tài)特性分析 [D].河北 :華北工學(xué)院 ,2021. [14]劉鴻文 .簡(jiǎn)明材料力學(xué) [M].北京 :高等教育出版社 .1997:209221. [15]揚(yáng)志慧 .汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析 [D].武漢 :武漢大學(xué) .2021. [16]柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì) .柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) (上冊(cè) )[M].北京 :中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 .1984:555572. [17]徐灝 .安全系數(shù)和許用應(yīng)力 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1985:242261. 42 致 謝 經(jīng)過(guò)這一個(gè)多月來(lái)的奮戰(zhàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，自己感覺(jué)收獲了很多的東 西。 首先應(yīng)該感謝的就是我的指導(dǎo)老師，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中給了我很多的指導(dǎo)意見(jiàn)，使得自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠穩(wěn)步的開展。同時(shí)在自己的設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在了很多的不足之處，老師都不厭其煩的指出了我的錯(cuò)誤使得我可以及時(shí)糾正，不至于偏離課題的方向。在這里向老師表達(dá)我的感激之情。 最后就是感謝我們小組同學(xué)，在準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里我們可謂是同舟共濟(jì)，大家仿佛就像是兄弟姐妹一樣。遇到了什么問(wèn)題，互相討論，互相解決，大家一起交流在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)并為對(duì)方提供一定的借鑒，避免類似的錯(cuò)誤再次發(fā)生。能跟你們一起渡過(guò)這美好的大學(xué)時(shí) 光，感覺(jué)自己非常的幸運(yùn)。 自己的大學(xué)生活馬上就要?jiǎng)澤蠄A滿的句號(hào)，這段美好的回憶會(huì)永遠(yuǎn)保留在我記憶的最深處。大學(xué)生活的結(jié)束是我人生中的又一個(gè)起點(diǎn)，在大學(xué)里收獲的東西會(huì)成為我最寶貴的財(cái)富，從而為我以后的工作與學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。