ANSYS作业分解

发动机活塞的有限元分析指导老师：***
学号：2012020221
班级：机制121
姓名：***
目录
1 概述------------------------------------------ 2
2 活塞建模过程--------------------------------- 4
3 ANSYS分析过程------------------------------- 10
4 结果分析-----------------------------------------14
5 参考文献--------------------------------------- 15
概述
1.1发动机活塞的基本条件：
活塞是发动机的重要部件之一，与连杆构成发动机的心脏，活塞通过运动将燃气压力传递给连杆再至曲轴输出，工作时受力非常复杂。

随着发动机向高速度、低能耗方向发展，采用优异的活塞材料尤为重要。

目前车用发动机活塞材料以铝合金为主，其他还有铸铁、铸钢、陶瓷材料等。

铝合金的突出优点是密度小，可降低活塞质量及往复运动惯性，因此铝合金活塞常用于中、小缸径的中、高速发动机上。

与铸铁活塞相比，铝合金活塞导热性好，工作表面温度低，顶部的积碳也较少。

活塞由活塞顶、头部、群部构成。

活塞顶的形状分为平顶、凸顶、凹顶。

平顶活塞结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀、多用在汽油机上；凸顶活塞顶部突起成球状、顶部强度高、起导向作用、有利于改善换气过程。

凹顶活塞可改变可燃混合气的形成和燃烧，还可以调节压缩比。

活塞工作时温度很高，顶部可达600 ~700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受的气体压力很大，特别是作功行程压力最大，柴油机活塞顶燃烧最高压力5～9Mpa，这就使活塞产生冲击和侧压力的作用；根据活塞实际最大爆发压力工况添加边界条件，选用压力为5MPa
2.设计的初步准备：
1．选好各个值的长度
2. 对机发动机有个基本了解
3．学会ansys软件建模
4．学会ansys软件进行对模型的温度场分析
5．了解发动机活塞的性能，并能做出正确分析
2.活塞主要结构尺寸计算：
活塞三维建模：
利用ansys中旋转，以及布尔运算中的并集，交集等命令绘制如下零件图：
由于活塞结构对称，为了便于研究，特切割为四分之一进行研究，如下图所示：
ANASYS分析.
1.preference设置
2. 单元类型设置Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete
→Add→Solid→Tet 10node 87
首先定义单元类型
定义单元类型对话框
3.划分网格Main Menu→Preprocessor→Meshing→Meshtool,打开Meshtool对话框，勾选Smart Size，设定为6，点击“Mesh”按钮，选择活塞模型进行自由网格划分，如图
，
图2.5 弹性模量和泊松比的设置
图2.6 密度的设置
图2.7 导热系数的设置
4.材料属性
活塞材料及其属性：铝合金，弹性模量为70e9，泊松比为0.3
Main Menu→Preprocessor→ Meterial Props→Material Models→Thermal→Conductivity→Isotropic→KXX=160
Main Menu→Preprocessor→ Meterial Props→Material
Models→Favorate→Isotropic→EX=70e9 PRXY=0.3
其次定义材料属性
定义材料属性对话框
5.定义求解类型：
Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis，设定分析类型为Steady-State
6.施加载荷：
Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Convention→On
Areas，分别对活塞的各个表面施加的参数如下表
表3-4 缸套的比热与热传导率
温度（℃）比热容c（J/（Kg•℃））热传导率（W）
20 501 53.18
100 534 48.59
200 550 42.13
300 564 37.68
400 593 35.06
500 643 33.99
700 930 32.85
800 816 30.82
1000 823 30.98
7.输入各项数据后，得到如下图所示的模型，如图
8.求解
Main Menu→Solution → Solve → Current LS
10.显示结果
General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → DOF Solutio n →Nodal Temperature点击OK得到结果如图
11．变形
将得到的模型进行变形后得到结果如图
学习心得
当学生这个的时候，心中已有很多的欣慰，回往以前的付出与辛苦，能有这样的一个结果，都是快乐的。

在做这个论文之前，关于有限元原理以及它的分析软件ANSYS，学生闻所未闻。

但是通过几个月的学习与探索，学生通过找恰当的书，找相关的一起努力的同学，在网上找相关的资料与信息，并通过老师的指导等各种信息与知识的渠道，最终自学成功，修成正果，并成功做出了活塞的三维有限元的温度场的分析，实现了从零到比较熟悉的进步！
遥想几月前，学生刚接到活塞有限元分析的有关任务时，由于对有限元及其软件以前一无所知，并且由于万事开头难的道理，那种迷茫和困惑之情自今隐隐可触。

学生首先做到的是到图书馆找大量的有关有限元分析和ANSYS软件学习方面的书籍予以学习，要努力弄明白自己需要一个什么样的学习步骤去完成的。

在这一过程中，学生走过了不少的弯路，看了不少的空洞无实很不形象很难理解的烂书，最后，学生通过一个学长的介绍以及从图书馆网站光盘下载地方的搜寻，终于找到了一本有光盘，经过了近二十多天的学习，学生已将此书全部看完，做完了上面的所有例子（不是活塞的），并给以较好的理解。

通过这本书的学习，学生已能清楚知道了ANSYS有限元分析所需的过程，以及每一步所代表的意义，能够较为熟练的操作ANSYS软件，并了解到了ANSYS可以进行多种分析，结构静力学分析，接触分析，模态分析和热分析等，在这些不同的分析中，它们还是有很大的独立性的。

为以后进一步的学习打下非常重要的基础。

学生坚持不间断的从中国知网，维普等网站去阅读关于活塞ANSYS有限元分析的有关报刊、书籍、论文，积累活塞有限元分析所需知识和思路，明白了活塞到底需要哪些分析，这些不同的分析活塞所需的边界条件和载荷又是怎样的。

一个偶然的机会，让我结识了一位我们学校机械学院的所ANSYS有限元焊接分析的同学，通过向他学习有关有限元热分析的相关知识，学生决定要对自己的任务YZ4105QF柴油机活塞进行温度场方面的分析。

以后，学生就得找专门进行热力学有限元分析的书籍，进行专门的热分析的学习。

通过本次论文的学习，学生已经弄够对ANSYS软件进行熟练的操作，并深入了解了有关有限元分析的相关知识，通过不断与问题的搏斗，增加些自己的自学能力，增强了自己坚持不懈的毅力，通过学习ANSYX有限元方面的知识，为以后在机械设计与理论专业的研究生深造打下了良好的基础。

致谢
感谢指导老师在我进行本论文的设计中给予了很大的帮助，同时也非常感谢同学的在一些问题上经过探讨后，对一些知识有了更加的了解，在完成论文的过程中学到了很多东西，系统的了解热力学及动力学的计算理论，ANSYS中建模方法，ANSYS静力学分析。

再次感谢老师的指导及同学的帮助。

六.参考文献
［1］张乐乐.ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导［M］.北京：清华大学出版社；北京交通大学
出版社，2007.12
［2］丁仁亮.CATIA V5 基础教程［M］.北京：机械工业出版社，2006.10
［3］胡海龙.CATIA V5零件设计实例教程. ［M］.
北京：清华大学出版社，2007.9
［4］蔡春源.机械零件设计手册［M］.第三版.北京：冶金工业出版社，1994。