基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析
基于ANSYS的连杆的三维有限元分析
第37卷 第1期2008年2月小型内燃机与摩托车S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLEVo.l37No.1Feb.2008基于ANS YS的连杆的三维有限元分析代伟峰 樊文欣 程志军(中北大学振动与噪声研究所 山西太原 030051)摘 要:用有限元软件ANSYS对某军用发动机连杆进行了三维有限元分析,确定了连杆的最大应力部位和疲劳安全系数,为此发动机连杆的可靠性设计提供了依据。
关键词:有限元分析 疲劳 连杆 应力 疲劳安全系数中图分类号:TK413.3 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)01-0048-03The3D Finite E lem ent Analysis of D iesel Engi neConnecti ng Rod Based on ANS YSDa iW eife ng,FanW enxin,Cheng Zhij unI nstitute o fV ibration Shock&No ise,North Un iversity of Ch i n a(Taiyuan,030051)Abst ract:I n this paper,w ith the ANSYS,the stress of the eng i n e connection r od is analyzed by usi n g3D fi n ite e le m entm ethod,and the positi o n of the m ax i m u m stress and t h e safe coe ffi c ient o f fati g ue are calcu l a ted. Based upon the results,the reliable design o f the connection rod is i m pr oved.K eyw ords:F i n ite ele m ent ana l y sis,Fati g ue,Connecti n g rod,Stress,Fati g ue safety factor引言连杆是连接发动机活塞与曲轴的一个重要零件,工作中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,在发动机设计时,要保证连杆具有足够的结构刚度和疲劳强度。
基于ANSYS的发动机连杆分析设计
２１ ０ １年 １ １月
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ＆ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎｏ ｃ ｉ ｅｙ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌＰ ｏ ｕ ｔ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｏ ａｉ ｆ ｏ Ｍａ ｈｎ ｒ ｌｃｒ ａ ｒ ｄ ｃｓ ｉ
机 电 产 品 开 发 与 新
ＶＯ．４， ． Ｉ ＮＯ５ ２
约 为 ２７ ５ １６２Ｎ；② 活 塞组 的惯 性力 包 括 活塞 、活 塞环 、
活 塞 销 、活 塞 销 卡 环 ，其 总质 量 记 为 Ｍ ，以活 塞 加 速 度 ｉ作 变 速 直 线 运 动 ， 则 活 塞 组 的 惯 性 力 为 一
收 稿 日期 ：２ １ — ９ ２ ０ １０ — ０ 作 者 简 介 ：朱 同 波 （９ ６ ） 男 ， 高校 教 师 。 研 究 方 向 ：机 １８－ ， 械 设 计 制 造 ； 吴 传 富 （９ ７ ，男 ， 高校 教 师 。研 究 方 向 ： １８ －）
通信工程 。
长期 使 用 中 。会 因活塞 的剧 烈推 力 和曲轴 的 高速运 转 等 因素 ，致 使 连杆 出现 弯 曲和 扭 曲等现 象 。为此 连杆 必 须 有足 够 的刚度 。
此 ，有 限 元 法 在 动 力 机 械 中得 到 了 越 来 越 广 泛 的 应 用 ，
模 型是 在 静力 分析 模 型的基 础上 ，通 过 考虑 其 体积 而对
载 荷重 新计 算 和模 型处 理后 得 到 的。 由于计 算模 型 与实
并 取 得 了实际 的效益 。
际 结 构 、工 作 情 况 比较 接 近 ．计 算 应 力 值 比较 符 合 实
２２ 连杆 几何 实体模 型 的建 立 ．
本 文所 研 究 的汽 车连杆 如 图 １ 示 ，连 杆 的厚度 为 所 ０５ｎ，图 中标 注尺 寸 的单位 均 为英制 。在 小 头孔 的 内测 ．ｉ ９ 。 罔 内承 受 Ｐ １０ ｐ ｉ 面 载 荷 作 用 ，利 用 有 限 元 ０范 ＝ ００ｓ 的 分 析 该连 杆 的 受 力状 态 。连 杆 的材料 属 性 为杨 氏模 量 ． Ｅ干２ Ｏ Ｐａ泊 松 比为 ０３ ０Ｇ Ｉ。 由于 连杆 的 结 构 和 载 荷 均 对 称 ． 因此 在 分 析 时 只 需 采用 一 半 进行 分 析 。在 Ａ Ｓ Ｓ中采 用 由底 向 上 的建 ＮＹ 模 方式 ．用 ２ ０节点 的 Ｓ ＬＤ ５单 元 划 分 网格 并 用 Ｐ Ｇ Ｏ Ｉ９ Ｃ 求 解 器求 解 。图 ２用 Ａ Ｓ Ｓ软 件 直接 建 立 的连 杆 实 体 ＮＹ
基于ANSYS的发动机连杆分析设计
·制造业信息化·收稿日期：2011－09－20作者简介：朱同波（1986-），男，高校教师。
研究方向：机械设计制造；吴传富（1987-），男，高校教师。
研究方向：通信工程。
0引言对连杆进行了三维准静态有限元分析研究，其计算模型是在静力分析模型的基础上，通过考虑其体积而对载荷重新计算和模型处理后得到的。
由于计算模型与实际结构、工作情况比较接近，计算应力值比较符合实际，基本上能较准确的分析出连杆的受力情况，且能实时知道连杆各个节点的受力状况，从而可以分析计算出连杆所能承受的最大载荷及其分布部位。
1概述1.1有限元分析的优点动力工程中的动力机械，由于要完成各自独特的功能，一般都有着比较复杂的结构形状，其中有相当大一部分结构，其所处的工作条件也十分复杂。
采用传统的力学方法只能近似地反映其受力状况以及变形清况，远不能满足进一步分析的需要。
有限元法的出现，给动力机械的结构分析提供了一种可靠的理论计算方法。
有限元分析是一种预测结构的偏移与其它应力影响的过程，由于有限元法的一个独特的优点是可以求解结构形状和边界条件都相当任意的力学问题。
因此，有限元法在动力机械中得到了越来越广泛的应用，并取得了实际的效益。
有限元分析具有模型修改方便，计算速度快的特点，而且能够模拟一些难以用实验模拟的工况，计算结果对力学因素的反应不受到试样材料缺陷和加工质量的影响，因而评估结果更清楚。
1.2连杆的工作条件连杆是内燃机组成的重要传动零件之一，其作用是连接活塞与曲轴，将作用在活塞上的力传给曲轴，并将活塞所受的气体爆发力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出作功。
连杆工作的小端作往复运动，大端作旋转运动，杆身作复杂的平面运动，因此连杆的受力情况十分复杂。
连杆是承受负荷最严重的零件之一，同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆疲劳破坏。
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化
学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。
它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。
本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。
1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。
它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。
1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。
（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。
（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。
在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。
（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。
（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。
（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。
Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。
我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。
基于ANSYS Workbench车用柴油发动机曲轴强度有限元分析
曲轴建模参数如下：
曲轴受热胀 冷缩 的影 响， 所 以 对 曲 轴 大 端 进 行 Ｘ㊁ Ｙ 方 向 的 约束㊂
（ １） 主轴径直径 Ｄ ｊ ＝ １００ ｍｍ； （ ２） 连杆轴颈直径 ｒ ＝ ８２ ｍｍ； （ ３） 活塞直径 Ｄ ｐ ＝ １２６ ｍｍ； （ ４） 爆发压 ｐ ｍａｘ ＝ １３������ ５ ＭＰａ； （ ５） 连杆质量 ｍ ｒ ＝ ３������ ６３９ ｋｇ； （ ７） 连杆中心距 Ｌ ＝ １５３ ｍｍ；
２６．５３９
２
２８．７４５
３
７．７９９ ７
１５２．００
４
表 ２㊀ 固有频率计算结果
１７４．５８ ５ ３０８．９４ ６
９．１３５ ０ ７．７６０ ５
９．３８９ ０ ８．３９９ ９
４０４．４５
７
４４２．９９
８
９．５９２ ９
５７８．５３
９
７４０．０７ １３．４２６
１０
７．７６８ ７
８４１．６３
１１
９２２．８８ １０．５７９
钢， 参数如表 １ 所 示㊂ 采 用 Ｓｏｌｉｄ１８６ 单 元对 曲 轴 进 行 网 格 划 分 ， 连杆轴颈与曲柄壁的连接处和主轴径与曲柄壁过渡圆角 连接处均采用单元长度为 ３ ｍｍ 的四面体网格 ； 主轴径和连杆 轴颈处采用单元长度为 ５ ｍｍ 的四面体网格 ； 曲柄臂处采用单 元长度为 ８ ｍｍ 的四面体网格 ； 模拟轴承支座采用单元长度为
建立曲轴有限元模型， 如图 ２ 所示㊂ 曲轴材料采用 ４５ 号
１������ ５㊀ 模态结果及分析
型， 表 ２ 为固有频率计算结果， 图 ３ 为典型的振型图㊂
通过分析计算， 得到了曲轴前 １２ 阶的固有频率和固有振
基于Workbench的航空发动机连杆有限元分析
基于Workbench的航空发动机连杆有限元分析作者：付贵郭湘川来源：《科技风》2018年第10期摘要：连杆是航空发动机中一个重要的传力零件，由于它承受的是变载荷，容易疲劳损坏，所以对其强度有很高的要求。
本文以某型发动机连杆为研究对象，首先对连杆进行了受力分析，确定了连杆两种极限受力状态。
文章通过Solidworks对连杆进行三维建模，然后再导入Ansys Workbench 有限元分析软件进行分析，得到应力分布云图，找出的危险位置，为连杆强度设计分析提供理论依据。
关键词：航空发动机；Workbench；连杆；应力分析连杆是航空活塞发动机中一个重要的传力零件，它用于连接活塞与曲轴，将活塞的往复直线运动转化成曲轴的旋转运动。
发动机工作时连杆承受混合气体的爆发力、摆动惯性力和往复惯性力的作用，这些受力不仅有大小的变化，而且还有方向的变化[1]。
由于连杆承受了变载荷，连杆就容易产生疲劳断裂。
本文首先对连杆进行了受力分析，找出了连杆所受最大拉力和压力的位置并确定了最大拉伸和压缩两种有限元模型。
利用Solidworks对连杆进行三维建模，再导入Ansys Workbench中进行有限元分析，最终得到应力分布云图，找出的危险位置，为连杆强度设计分析提供理论依据。
1 连杆载荷受力分析连杆的运动机构是一个曲柄滑块机构，活塞直线运动通过连杆带动曲轴的旋转运动，连杆运动简图如图1所示。
图中：l—连杆长度，x—活塞位移，S—活塞行程，a—曲柄转角，β—连杆摆角，r—曲柄半径。
连杆在工作过程中需要承受通过活塞传递的燃气爆发力、往复运动质量的惯性力以及由于自身摆动所产生的惯性力[2]。
燃气爆发力Fg为：Fg=（Pg-Pa）×πd24（1）式中：Pg为气体压力，d为气缸直径。
活塞的往复惯性力为：Fj=mjrw2（cosa+λcos2a）（2）则作用在连杆上的力FL为：FL=（Fg+Fj）/cosβ（3）经过以上分析可知连杆连杆在运动过程中主要受爆发力和惯性力作用，当爆发力和惯性力分别最大的时候会出现两种工况，即最大压缩和拉伸。
机械毕业设计(论文)基于ansys的连杆机构的有限元分析【全套设计】
湘潭大学兴湘学院毕业设计论文题目：连杆机构的有限元分析全套设计，加153893706专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963028 姓名：指导教师：完成日期： 2014 年 5 月 25 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析学号： 2010963028姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求1、总结连杆机构设计方法研究和连杆机构研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。
2、阐述学习理论基础，即瞬态动力学分析,简要论述瞬态参数,识别原理。
3、简要论述有限元方法和动力学分析的基本求解过程，建立连杆机构中的曲柄滑块机构的有限元模型，合理的确定曲柄长度及转速、连杆长度和转速，偏距，选定和创建单元类型，指点单元属性，创建铰链单元，采用瞬态动力学分析瞬态分析类型对其进行瞬态分析，与图解法进行比较，验证有限元瞬态求解功能。
4、联系工程实际，对受力连杆进行结构静力学学习。
二、重点研究的问题1、 ANSYS的线性静力分析2 、构建几何模型3、在三维铰链单元COMBIN7的创建4、单元类型选择和网络划分5、 ANSYS瞬态动力学分析和静力学分析三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献[1]高耀东，刘学杰.ANSYS机械工程应用精华50例（第三版）.- 北京：电子工业出版社，2011.[2]孙波.毕业设计宝典.-西安：西安电子科技大学出版社，2008.[3]温正，张文电.ANSYS14.0有限元分析权威指南.-北京：机械工业出版社，2013.[4]欧阳周，汪振华，刘道德.毕业论文和毕业设计说明书写作指南.-长沙：中南工业大学出版社，1996.[5]华大年，华志宏.连杆机构设计与应用创新.-北京：机械工业出版社，2008.[6]胡仁喜，康士廷.机械与结构有限元分析从入门到精通.-北京：机械工业出版社，2012.[7]李红云，赵社戌，孙雁.ANSYS10.0基础及工程应用.北京：机械工业出版社，2008.[8]唐家玮，马喜川.平面连杆机构运动综合.-哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.[9]潘存云，唐进元.机械原理.-长沙：中南大学出版社，2011.[10]李皓月，周田朋，刘相新.ANSYS工程计算应用教程.-北京:中国铁道出版社，2003湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号2010963028 姓名谭磁安专机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：连杆机构的有限元分析湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号2010963028 姓名谭磁安专业机械设计制造及其自动化毕业论文77 页图表30 张目录摘要............................................................................................ 错误！未定义书签。
基于ANSYS对发动机连杆的有限元分析
荷如 图 １ 所示 ， 假设 连 杆 的 轴孔 长 度 为 ２ Ｌ ， 接 触 角 为２ ｏ ｒ ， 内孑 Ｌ 半径为 ｒ ， 具 体计算 方法 如 下 ：
｛
状、 物 理 参 数 等 不 确 定 因 素存 在差 异 ， 即使 是 同一
类 型 的连 杆 所受 应 力 和应 变也 有 所 不 同 ．所 以 ． 在 进 行 发 动 机 连 杆 设 计 时 ．在 保 证 其 具 有 足 够 的 刚 度、 疲劳强度和稳定性的同时 。 还 需 要 尽 量 达 到 质
（ 甘 肃 蓝 科 石 化 高 新 装 备股 份有 限公 司 ． 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
摘 要： 连 杆 是 发动 机 重要 组 成 部分 ， 因 其质 量 较 大 ， 受力复杂 ， 易 引起 连 杆 变形 而导 致 失 效 。针 对 这 一情 况 ， 在 合 理
简 化 模 型 的前 提下 ， 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 软件 建 立 连 杆模 型 ， 在 满足 强 度 、 刚 度 和 稳定 性 的同 时 ， 将 优化 设 计 和 有 限元 计 算 相结 合 ， 建 立 以连 杆 的最 小 质 量为 目标 函数 的优 化 方 法 ， 对 连杆 进 行 结构 优 化分 析 。优 化 后 ， 连 杆质 量 、 最 大 应力
限元分 析 ． 并 且 和 真实 受 力情 况 相差 不 大 。在 柱 坐
连杆材 料 为 ４ ０ Ｃ ｒ ， 其 力学性 能见 表 １ ． 经查 阅文
最小 。 在 中间 附 近 速 度 最 大 ． 因 而使 活 塞 组 件 随活
ｌ ｑ ｒ ＝ ｑ Ｃ ｏ ｓ （ Ｋ ｙ ）
ｇ
式 中： Ｋ ＝ ９ ０ 。 ／ ０； ｄ ｓ ＝ ｒ ｄ ｙ ； ０＝ １ ２ ０ 。 ／ ２ 。
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基于ANSYS Workbench发动机连杆有限元分析
颜腾峰;程仙国
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2016(000)006
【摘要】利用ANSYS Workbench对捷达汽车发动机连杆在工作过程中受的拉力和压力进行有限元分析计算,得到该发动机连杆在受拉和受压时最大主应力、最大切应力以及最危险位置,为汽车连杆设计与优化、强度校核等提供理论依据.
【总页数】3页(P58-60)
【作者】颜腾峰;程仙国
【作者单位】宁波工程学院,浙江宁波315336;宁波工程学院,浙江宁波315336【正文语种】中文
【中图分类】U464
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的发动机连杆疲劳强度分析 [J], 朱荣福;赵卿峰;王辉
2.基于ADAMS和ANSYS/Workbench的发动机连杆联合仿真 [J], 赵渊;段昌生;张业宏;么跃轩;孙玉坤
3.基于ANSYS WORKBENCH的发动机连杆有限元分析 [J], 杨国旗;虞彪
4.基于ANSYS Workbench的发动机连杆优化设计 [J], 谢一荣;徐滕岗;朱建军
5.基于ANSYS workbench的发动机连杆力学性能及模态分析 [J], 张德虎;刘爽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。