【導讀】模運用ANSYS進行了有限元分析。其次分別對連桿大頭、連桿桿身以及連桿小頭進行結構設計及尺寸計算，再次，應用CAD軟件：Pro/E軟件建立了連桿的三。網格劃分、施加約束和載荷，最后進行計算以達到對連桿進行強度校核的目的。

　　

【正文】 式中 1max,JP ， 2max,JP ， 3P 分別為活塞組、連桿小頭和連桿大頭的慣性力。 小頭內孔表面的面積為： 26 39。21 2 2 1 . 7 5 3 8 . 5 2 6 2 9 . 3 6 52A m m?? ? ? ? ? （ ） 大頭內孔表面的面積為： 21 2 3 9 . 9 4 8 . 6 2 6 0 9 1 . 4 0 42A m m?? ? ? ? ? （ ） 連桿小頭受到的是活塞組 1M 的最大往復慣性力，這個 力在小頭內孔表面的面積上產生的壓力為： 1 m a x,39。2m a x 39。214 28 35 9 33 /17 52 .91JJ P NP N m mA m m? ? ? （ ） 連桿大頭則是承受活塞組 1M 和連桿小頭 2M 往復慣性力及連桿大頭 3M 產生的回轉慣性力，這個力在大頭內孔表面的面積上產生的壓力為： 2m a x 22 3 5 0 5 . 5 5 9 2 3 . 8 5 8 8 /6 0 9 1 . 4 0 4JJ P NP N m mA mm? ? ? （ ） 已知氣缸內最大爆發(fā)壓力為： ? ? 232 6m a x1 3 0 1 0 1 0 1 0 1 3 2 6 6 544zz DP P N?? ???? ? ? ? ? ? （ ） 氣缸內氣體最大爆發(fā)壓力的一瞬間，此時連桿承受最大壓力以及活塞組和連桿體本身的慣性力。這時連桿小頭載荷為： 1 m a x 1 m a x m a x 1 m a x 1 3 2 6 6 5 1 4 2 8 5 .6 3 5 9 1 1 8 3 7 9 .3 6 4 1K z J z JP P P P P N? ? ? ? ? ? ? （ ） 這個力在小頭內孔表面積上產生的壓力為： 39。39。21 m a x 39。 1 1 8 3 7 9 . 3 6 4 1 4 5 . 0 2 /2 6 2 9 . 3 6 5Kk PP N m mA? ? ? （ ） 連桿大頭上 的載荷為： ? ?2 m a x 1 m a x 2 m a x 3 m a xK z J J z JP P P P P P P? ? ? ? ? ? （ ） 1 3 2 6 6 5 2 3 5 0 5 . 5 5 9 2 1 0 9 1 5 9 . 4 4 1 N? ? ? 這個力在大頭內孔表面的面積上產生的壓力為： 222 m a x 1 0 9 1 5 9 .4 4 1 1 7 .9 2 0 2 /6 0 9 1 .4 0 4KK PP N m mA? ? ? （ ） 27 連桿幾何模型的建立 利用 Pro/E 建立三維立體模型建立準確、可靠的計 算模型 ,是應用有限元法進行分析的重要步驟之一。在進行有限元分析時 ,應盡量按照實物來建立有限元分析模型 ,但對結構復雜的物體 ,完全按照實物結構來建立計算模型、進行有限元分析有時會變得非常困難 ,甚至是不可能的 ,因此可進行適當?shù)暮喕Ｒ话銇碚f ,因模型帶來的誤差要比有限元計算方法本身的誤差大得多。所以 ,有限元計算結果的準確性在很大程度上取決于計算模型的準確性 [8]。 當前，有限元分析技術在發(fā)動 機零部件設計過程中發(fā)揮著越來越重要的作用，它不僅縮短了設計周期，而且也大大提高了設計精度。首先將 Pro/E 建立的三維立體模型導入有限元分析軟件 ANSYS 中，軟件就可進行如下處理： (1)零件粘接； (2)定義分析類型：結構分析； (3)定義單元類型； (4)定義材料屬性； (5)網格化分。對于操作過程，只簡述三個，其余具體操作不再贅述。 ANSYS Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Exit/Delete[Library of Element TypesStructuralSolidTet10node 92]，如圖 413 所示。 圖 413 定義單元類型 (1)[Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (2)點擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=2 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (3)點擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=3 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 (EX=+11 PRXT= ) (4)點擊 MaterialNew Model... [Define Material ID=4 OK] [Material Model Number1structuralLinearElasticIsotropic]。 28 (EX=+11 PRXT= ) 表 中碳結構鋼 45 模鍛材料屬性 材料名稱 彈性模量 E (N/m^2) 泊松比 μ ( ) 質量密度ρ (kg/m^3) 抗剪模量 (N/m^2) 張力強度 (N/m^2) 屈服強度 (N/m^2) 45 +11 +03 +10 +08 +08 在網格劃分之前，需要定義分析類型，定義單元類型、定義材料屬性等 [9]。這些屬性對有限元分析來說，非常重要，不僅影響到網格劃分，而且最關鍵的是，對求解的精度影響極大 ，如圖 414所示。 (1)[點擊 Set 后：默認對 1號零件劃分網格 Element type number=1 SOLID187；Material number=1]。 (點選 Smart Size 精度設置在 4～ 6之間 ) (2)[點擊 Set 后：默認對 1號零件劃分網格 Element type number=2 SOLID92；Material number=2]。 (點選 Smart Size 精度設置在 4～ 6之間 ) (3)[點擊 Set 后：默認對 1號零件劃分網格 Element type number=3 SOLID187；Material number=3]。 (點選 Smart Size 精度設置在 4～ 6之間 ) (4)[點擊 Set 后：默認對 1號零件劃分網格 Element type number=4 SOLID92；Material number=4]。 (點選 Smart Size 精度設置在 4～ 6之間 ) 圖 414 連桿有限元網格圖 29 約束條件 假定連桿小頭當作剛體固定，連桿受拉工況，在連桿小頭內側圓柱面上施加徑向約束，并在小頭端面一側上施加除徑向外的其余兩方向上的約束。連桿受壓工況，在連桿小頭內側圓柱面上施加徑向約束，并在小頭端面一側上施加除徑向外的其余兩方向上的約束 {10}。為了保證計算模型滿足實際情況，在連桿寬度方向中剖面上施加對稱約束，這樣，整個連桿的約束就完全了 ， 如圖 415所示。 ： ANSYS Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas[Dick Single list of Items 選擇約束的面“要固定的表面” 點 OK 出現(xiàn)約束方向定義 選 ALL DOF； VALUE Displacement value=0]。 圖 415 連桿約束網格圖 連桿應力分析 連桿拉伸工況下的應力分析 運用 ANSYS 對連桿拉伸工況進行應力分析，如圖 416 至圖 425所示。 ANSYS Main MenuSolutionApplyStructuralPressureOn Areas [選受力面；選完點 OK Apply Pres On Areas As a=Constant value； Value Load Pres Value=(加載的力的大小 )；下個空添 1； OK][11]，如圖 416 所示。 30 圖 416 拉伸工況下的加載 ANSYS Main MenuSolutionSolveCurrent LS； OK。 ANSYS Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shape 選 Def undef edge OK 出現(xiàn)變形 ]，如圖 417所示。 圖 417 拉伸工況的變形效果圖 查看變形結果： General PostProc Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Dof Solution X 、 Y、 Z 和總變形 [12]。 (1)[DOF SolutionTranslation UX Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK][19]，如圖 418 所示。 31 圖 418 連桿拉伸工況下的 X 軸變形 (2)[DOF SolutionTranslation UY Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 419 所示。 圖 419 連桿受拉工況下的 Y 軸變形 (3)[DOF SolutionTranslation UZ Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 420 所示。 圖 420 連桿受拉工況下的 Z 軸變形 32 (4)[DOF SolutionTranslation USUM Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain的框中不填 OK][19]，如圖 421 所示。 圖 421 連桿受拉工況下的總變形 變形結果分析： x 方向最大變形為 ， y方向最大變形為 ， z方向大變形為 ，總方向變形為 。由有限元分析結果可知無論是總變形還是某個方向變形量都很小，所以連桿剛度足夠。 查看受力結果： General PostProc Plot Results/Contour Plot/Nodal Solution X 、 Y、 Z 和總壓力 [20]。 (1)[StressXDirection SX Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 422 所示。 圖 422 受拉工況下的 X 軸受力分布 (2)[StressXDirection SY Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 423 所示。 33 圖 423 受拉工況下的 Y 軸受力分布 (3)[StressXDirection SZ Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 424 所示。 圖 424 受拉工況下的 Z 軸受力分布 (4)[StressTotal Von Mise