【正文】 體建模方法:應(yīng)用三維設(shè)計建模軟件PRO/E根據(jù)輕型175F發(fā)動機實際的二維圖紙對機體進行實體建模，考慮到后期的網(wǎng)格劃分及有限元計算，省略一些凸臺、圓角、小油孔等細節(jié)，同時又能較好地模擬實際發(fā)動機模型。同時可針對機體分析所得到的結(jié)果，提出有針對性的改進方法，為機體優(yōu)化改進提供指導意義。 研究內(nèi)容及意義本論文首先應(yīng)用三維設(shè)計建模軟件PEO/E根據(jù)輕型175F發(fā)動機機體圖紙對其機體進行實體建模，然后利用ANSYS有限元分析軟件建立機體分析模型，并使用該軟件對輕型175F發(fā)動機機體在不同的工作狀況下進行結(jié)構(gòu)靜強度、疲勞度等分析，通過其實際工作中要受到各種工況的作用，完整地在計算機中模擬機體結(jié)構(gòu)在靜態(tài)時各種載荷和沖擊條件下的剛度、強度狀況，并計算出了各種狀態(tài)下的結(jié)果。因此，可以這么說，在國外發(fā)動機的有限元分析研究方面，已經(jīng)非常成熟，甚至于很多公司已經(jīng)將計算機模擬分析作為其開發(fā)設(shè)計流程中必要的階段，如福特公司在發(fā)動機的總成及零部件設(shè)計就明確規(guī)定了這一流程，而且其有限元模型及其激勵力的確定都有要求和說明。在比利時LMS公司、奧地利AVL公司也有將有限元分析技術(shù)應(yīng)用到實際工程設(shè)計中的報道，借助其強大的試驗?zāi)芰?，在分析確定缸體激勵力方面取得了重大進展，使得通過計算機模擬得出動態(tài)響應(yīng)的結(jié)果已經(jīng)同實際情況相當接近。 國外在發(fā)動機缸體強度分析的研究情況作為汽車業(yè)發(fā)達國家，國外在汽車、發(fā)動機研發(fā)技術(shù)方面遠遠超過國內(nèi)，作為汽車技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最重要的發(fā)動機技術(shù)方面尤其如此，有限元結(jié)構(gòu)分析方法在各種零部件總成的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，類似于象發(fā)動機缸體這種復雜結(jié)構(gòu)，不僅因為它是發(fā)動機十分關(guān)鍵和重要的性能件，而且缸體內(nèi)的水道、油道，水套、缸套等結(jié)構(gòu)復雜，精度要求高，加之其在實際工作情況下，受載復雜，難以模擬，因此，能夠建立起同實際狀況接近的有限元分析模型，以及有效確定缸體的激勵力，從而通過有限元法計算出與實際情況相近的響應(yīng)一直是國外在這一領(lǐng)域的重點，其有限元分析的范圍已經(jīng)遠遠超出簡單的機械應(yīng)力研究，如美國通用公司在柴油機的設(shè)計開發(fā)中已經(jīng)將有限元結(jié)構(gòu)分析擴展到分析極限變形、燃燒引起的熱應(yīng)力以及諸多動態(tài)響應(yīng)分析上，并同實驗概念結(jié)合起來進行新產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。有限元技術(shù)的應(yīng)用提高了汽車發(fā)動機零部件設(shè)計的可靠性，縮短了設(shè)計周期，大大推動了汽車發(fā)動機工業(yè)的發(fā)展。汽車發(fā)動機零部件的設(shè)計是有限元技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一。它的高計算精度、廣闊的解算能力、簡單的應(yīng)用方法、低的設(shè)計成本，成功地為各工程結(jié)構(gòu)強度問題提供極為優(yōu)秀的結(jié)果而深受工程界的歡迎，是CAE的重要組成部分，也是最有效的強度計算方法。但是它的弊端就是由于把各個零部件細化從而導致對整體性能分析方面出現(xiàn)誤差，嚴重的后果就是與之前設(shè)計好的模型不一樣，數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差，不利于產(chǎn)品的生產(chǎn)。雖然我國在汽車行業(yè)的起步比較晚，但是在有限元方面，卻通過了大量的實際生產(chǎn)積累了很多的經(jīng)驗，尤其是在柴油機開發(fā)的領(lǐng)域而對機體這種復雜結(jié)構(gòu)的分析方面，機體模型的建立可以從以下幾個方面來歸納：第一是機體建模：我國在機體建模方面，主要采用的就是分化機體模型的方法，就是把機體的各個部分分離開來，單一的進行有限元的分析跟計算。有限元分析法在國外得到了飛速的發(fā)展，它的領(lǐng)域也不僅僅是對機械產(chǎn)品的應(yīng)力分析，而是擴大到更多的領(lǐng)域。再者因為有限元分析方法在汽車開發(fā)過程中對內(nèi)燃機機體中各零部件的分析：復雜的受力情況的分析，機體在工作過程中的受力變化。并廣泛使用于機械電子產(chǎn)品的開發(fā)與研制的領(lǐng)域。有限元法在這種方案設(shè)計時的好處是可預(yù)見性很強、成本低等各個優(yōu)點，因此采用有限元的技術(shù)對內(nèi)燃機的零部件來進行計算是勢在必行。對于有限元結(jié)構(gòu)的這種分析，以便找到解決的辦法。汽車行業(yè)一直都是高新的技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的重要的領(lǐng)域。與此同時，為了提高它質(zhì)量的同時并且降低成本，所以要做大量的數(shù)據(jù)的處理跟分析，一定的程度上增加了設(shè)計的工作量，而傳統(tǒng)的手段是不能來滿足的。這就要內(nèi)燃機的廠商利用自己的各種資源來提高它本廠制造內(nèi)燃機的水平?？傊?，內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)的強度研究的意義所在，就是在既定的性能要求之下，通過最大限度的節(jié)約材料，保證內(nèi)燃機的可靠性跟使用的時間，這就是“最好的方案” “最優(yōu)化的設(shè)計”。內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的強度研究總結(jié)成重要性的三點： 1提出防止再破壞改進的措施來研究它的破壞形式與原因在零部件發(fā)生的故障跟破壞時； ，通過各種的方案比較，找出最優(yōu)的方案為合理的結(jié)構(gòu)型式提供參考依據(jù)； 3 通過結(jié)構(gòu)的強度的研究，選擇許用的應(yīng)力和合理的安全系數(shù)，制定新產(chǎn)品的計算方法與設(shè)計的規(guī)范。為了保證內(nèi)燃機活塞、連桿、曲軸、氣缸等主要零件工作可靠、耐久，它們之間必須嚴格保持精確的相對位置，因此在機體設(shè)計過程中必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等有嚴格的工差要求。輕型175F機體結(jié)構(gòu)強度有限元分析畢業(yè)設(shè)計目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章： 緒論 1 課題研究背景 1 課題研究現(xiàn)狀 2 研究內(nèi)容及意義 3第二章： 175F機體建模及載荷計算 5 Pro/E簡介 5 175F機體實體建模過程 5 Pro/E簡介 5 在這里我們用PRO/E 5 創(chuàng)建文件 6 用拉伸、拔摸、鏡象、陣列、殼工具、孔等工具做出機體總外形 6第三章： 輕型175F發(fā)動機機體結(jié)構(gòu)強度分析相關(guān)理論 17 有限元法介紹 17 有限元靜力學分析基本理論 18 線彈性有限元靜力學分析的過程 18 有限元結(jié)構(gòu)離散化 18 單元的位移模式 19 應(yīng)變、應(yīng)力矩陣 20 剛度矩陣[k] 22 ANSYS軟件 23第四章： 輕型175F發(fā)動機機體有限元分析 25 引言 25 機體有限元模型的建立 25 機體實體模型的建立 26 機體有限元模型的建立 27 Pro/E文件導入ANSYS 28 分析前處理 29 劃分網(wǎng)格 34 模型邊界條件與載荷的確定 34 約束處理 34 載荷的確定 35 加載和計算結(jié)果分析 35 加載 35 分析載荷力云圖 37 強度校核 38 靜強度安全系數(shù)校核 38I 疲勞安全系數(shù)校核 38第五章： 總 結(jié) 39參考文獻 40致 謝 41I 第一章： 緒論 課題研究背景中小型高速水冷內(nèi)燃機的汽缸體與曲軸箱一般是做成一體的，總稱為機體。它構(gòu)成了內(nèi)燃機的骨架，機體內(nèi)外安裝著內(nèi)燃機所有的重要零件和附件。因此柴油機機體的合理設(shè)計成為了整個技術(shù)環(huán)節(jié)中十分重要的部分。在綜合考慮到載荷和應(yīng)力分析的基礎(chǔ)之上，選擇那種最低安全的系數(shù)的值。提高內(nèi)燃機的動力性的指標，經(jīng)濟性跟改良的排放，很多企業(yè)通過提高它的轉(zhuǎn)速與增壓等的方式來實現(xiàn)。隨著目前市場競爭的劇烈，新產(chǎn)品不斷的問世，導致了這種產(chǎn)品開發(fā)的時間必須減少，來達到目前市場的需求。解決的問題的方法就是利用先進的模擬的分析的技術(shù)與工具，將重點放在先期的設(shè)計的階段，導致了這種方法在現(xiàn)代得到大量的應(yīng)用。隨著計算機的發(fā)展，利用有限元的方法對復雜的結(jié)構(gòu)的動態(tài)、靜態(tài)的特性進行分析計算的手段和方法，使汽車的制造與設(shè)計步入這種電子時代。隨著有限的元方法和分析的軟件越來越成熟，對零件進行有限元的分析己成為輔助的設(shè)計的重要的手段。 課題研究現(xiàn)狀目前在汽車設(shè)計與制造的過程中，相當多的公司加入了有限元分析手段并同時與模態(tài)分析技術(shù)結(jié)合起來成為了一種新型的分析設(shè)計方法。在汽車行業(yè)，由于我國起步比較晚，所以跟發(fā)達國家相比還存在很大的差距，尤其是其中的發(fā)動機技術(shù)方面。于是建立一套實用的有限元分析模型變得至關(guān)重要。一定程度上豐富了內(nèi)燃機設(shè)計方面的方式跟方法，也為其他的機械產(chǎn)品類的開發(fā)提供了助力。這在一定程度上降低了工作量也提高了計算機計算的效率。有限元法隨著計算機科學的發(fā)展，在包括汽車發(fā)動機在內(nèi)的幾乎所有工程領(lǐng)域得到愈來愈廣泛的運用，利用有限元方法解決復雜結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析計算成為一種有效的輔助設(shè)計手段和方法。有限元技術(shù)的出現(xiàn)，為工程設(shè)計領(lǐng)域提供了一個強有力的計算工具，經(jīng)過迄今約半個世紀的發(fā)展，它已日趨成熟實用，在近乎所有的工程設(shè)計領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。目前世界上很多的汽車公司和設(shè)計公司均將有限元技術(shù)應(yīng)用于其汽車設(shè)計與制造中，設(shè)計、分析、計算、改進成為設(shè)計開發(fā)的必須過程，將有限元分析與模態(tài)分析技術(shù)相結(jié)合的動態(tài)設(shè)計技術(shù)，已經(jīng)在國外汽車、發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計中獲得工程實際應(yīng)用。近幾年來，隨著計算機軟硬件水平的提高，汽車發(fā)動機零部件有限元技術(shù)又取得了許多新的進展。在美國SAE學報、比利時魯汶大學、美國辛辛那提大學等很多研究機構(gòu)，就發(fā)動機缸體有限元模型的建立作了很多相關(guān)研究，并發(fā)表和公布了大量研究成果，特別是結(jié)合靜態(tài)分析和實驗?zāi)B(tài)分析等方法，修正和完善缸體的有限元分析模型等取得了突出的成效，他們這些模型應(yīng)用到實際分析計算中，得到了比較接近實際的結(jié)果。但由于商業(yè)上的原因，國外各企業(yè)對其實用的相關(guān)數(shù)值模型、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、有關(guān)關(guān)鍵的技術(shù)細節(jié)是高度保密的，而且在分析處理過程中相關(guān)問題解決是長期經(jīng)驗的總結(jié)，特別依賴于大量基礎(chǔ)實驗所得。在新品開發(fā)中，深入、廣泛地采用動態(tài)設(shè)計技術(shù)，系統(tǒng)地研究和解決結(jié)構(gòu)及其NVH問題是一個必須的過程和趨勢，也是技術(shù)發(fā)展、市場用戶的要求[2]。通過分析所得結(jié)果，驗證計算模型的正確性，證實該發(fā)動機機體結(jié)構(gòu)的可行性和可靠性。通過有限元分析技術(shù)得到發(fā)動機機體的結(jié)構(gòu)強度和動態(tài)特性方面的性能，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)成本。(2)有限元分析模型建立及載荷計算將建立的發(fā)動機機體實體模型轉(zhuǎn)換為有限元分析模型，并進行有效合理的網(wǎng)格劃分。(3)機體靜態(tài)分析對發(fā)動機機體施加載荷及約束后進行分析，通過分析機體在極限工作狀況下的剛度和強度問題，得出機體在極限工作狀況下的應(yīng)力分布情況，以使得發(fā)動機機體能有效保證發(fā)動機的性能和可靠性。機體作為柴油機所有部位中