【正文】 S 軟件中，如圖 32 所示 由圖 22 可以看出，通過 ProE 建模，保存為 IGES 格式，并導(dǎo)入到 ANSYS 軟件中時(shí)模型部分缺失。 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。 在此基礎(chǔ)上，對(duì)每一單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡單的函數(shù)來近似模擬其位移分量的分布規(guī)律，即選擇位移模式，再通過虛功原理求每個(gè)單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位置之間的關(guān)系。 有限元離散化是假想把彈性連續(xù)體分割成數(shù)目有限的單元，并認(rèn)為相鄰單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處相連。 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。由于測量方法的局限性和測試技術(shù)的復(fù)雜性，它們的應(yīng)用受到一定的限制，加上試驗(yàn)周期較長、費(fèi)用較高，要想通過對(duì)大量不同方案的測試研究來尋求一個(gè)最佳設(shè)計(jì)，往往是困難的和不合算的。同時(shí)，上述分析的研究的結(jié)果，用于活塞機(jī)械疲勞失效行為分析，可以為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供精確的理論依據(jù)。使用有限元法分析活塞模型，可以很直接地分析活塞零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題，熱負(fù)荷問題，而研究分析的結(jié)果與試驗(yàn)相結(jié)合將驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行的有效性。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。目前，針對(duì)活塞零件進(jìn)行試驗(yàn)分析主要分為兩類，溫度場下產(chǎn)生的熱疲勞試驗(yàn)和機(jī)械交變載荷作用下的機(jī)械疲勞試驗(yàn)。由于冷熱不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，會(huì)使活塞頂部出現(xiàn)疲勞熱烈現(xiàn)象，因此，活塞部件的設(shè)計(jì)是否合理，將直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、壽命、排放、經(jīng)濟(jì)性等至關(guān)重要的參數(shù)。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。活塞工作時(shí)，頂部承受了很高的燃?xì)鈮毫?，而且做往?fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組的慣性力將達(dá)到很高的數(shù)值。 7 設(shè)計(jì)方案的擬訂 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和條件 首先我們對(duì)活塞進(jìn)行了分析。工業(yè)體系中對(duì)陶瓷材料的利用也不太成 熟，可靠性不高。陶瓷材料加工雖然有很多方法，但加工成本高、加工效率低、加工質(zhì)量不理想。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。鋁基復(fù)合材料的價(jià)格相對(duì)比較便宜，在工業(yè)體系中對(duì)鋁金屬的加工利用也相對(duì)比較成熟，在這方面的研究與生產(chǎn)都相對(duì)成熟，具有更高的可靠性。高的耐磨性是鋁基復(fù)合材料（ SiC、 Al203 增強(qiáng)）的特點(diǎn)之一。 （ 4）比重小。 （ 3）膨脹系數(shù)小。 （ 2）導(dǎo)熱性好，吸熱性差。 活塞設(shè)計(jì)的 性能要求 （ 1）熱強(qiáng)度高。為減小活塞銷座處受熱后的變形量，有些活塞的銷座外表面是凹陷的。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)。 （ 4）活塞銷座?；钊共块_槽會(huì)降低其強(qiáng)度和剛度，一般只適用于負(fù)荷較小的發(fā)動(dòng)機(jī)。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。在常溫下活塞呈上小下大的錐形。活塞環(huán)槽以下的部分稱活塞裙部，為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用。還有些 活塞在第一道環(huán)槽的上方設(shè)有隔熱槽，以減少活塞頂部向下傳遞的熱量。油環(huán)環(huán)槽底部的孔是讓氣缸壁上多余的潤滑油通過活塞內(nèi)腔流回曲軸箱。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?；钊孜恍蛱?hào)、加大尺寸、安裝向前標(biāo)記等一般也刻在活塞頂部。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （ 1）活塞頂部是燃燒室的組成部分，承受高溫氣體的壓力?；钊惺苤邷亍⒏邏旱臒嶝?fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。 題目分析 工作特點(diǎn) 在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活 塞直接與瞬時(shí)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?zèng)_擊，并承受側(cè)壓力的作用。 4 a=φ32 b=φ 8 c=8 d=23 e=12 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=24 e=12 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=12 P= MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=26 e=12 P=3 MPa a=φ 31 b=φ 8 c=8 d=27 e=12 P=3 MPa 5 a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=10 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=11 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=12 P= MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=13 P=3 MPa a=φ 31 b=φ 8 c=8 d=25 e=14 P=3 MPa 6 a=φ30 b=φ 6 c=8 d=25 e=12 P=3 MPa a=φ31 b=φ 7 c=8 d=25 e=12 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=8 d=25 e=12 P= MPa a=φ33 b=φ 9 c=8 d=25 e=12 P=3 MPa a=φ 34 b=φ 10 c=8 d=25 e=12 P=3 MPa 7 a=φ32 b=φ 8 c=6 d=23 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=7 d=24 P=3 MPa a=φ32 b=φ 8 c=9 d=26 P= MPa a=φ32 b=φ 8 c=10 d=27 P=3 MPa a=φ 31 b=φ 10 c=10 d=25 P=3 MPa 3 附： 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書內(nèi)容 0、封面（題目、班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)、指導(dǎo)老師、 課程設(shè)計(jì)起始 時(shí)間） 目錄（標(biāo)題、頁次） 設(shè)計(jì)任務(wù)書（裝訂原發(fā)的設(shè)計(jì)任務(wù)書） 前言（ a 題目分析 ：包括材料選取，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作特點(diǎn)和現(xiàn)代一般技術(shù)。 二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1． ANSYS 有限元分析軟件簡介、功能概覽和分析案例； 2． ANSYS 圖形用戶界面及基本操作方法； 3．創(chuàng)建 3D 有限元模型 ； 4．加載、求解、結(jié)果后處理 ； 5．分析結(jié)果評(píng)價(jià) 。 學(xué) 號(hào)： 202120210134 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方向課程設(shè)計(jì) 教 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 15 機(jī)制（專升本） 姓 名 指導(dǎo)教師 2021 年 12 月 24 日 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書 ............................................................................................................................ 1 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................................ 5 題目分析 ................................................................................................................. 5 工作特點(diǎn) ...................................................................................................... 5 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ................................................................