基于ANSYS的495Q发动机活塞模态分析
ansys实例
ANSYS实例简介ANSYS是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件。
它可以模拟并优化各种物理现象，包括结构力学、电磁场、流体动力学等。
本文将介绍一个ANSYS实例，以帮助读者更好地理解和使用该软件。
实例背景假设我们要设计一个汽车发动机的活塞。
在活塞的设计中，一个重要的考虑因素是活塞的强度和耐用性。
为了获得最佳的活塞设计，我们可以利用ANSYS进行有限元分析。
实例步骤以下是使用ANSYS进行活塞有限元分析的步骤：步骤一：几何模型导入首先，我们需要将活塞的几何模型导入到ANSYS中。
这可以通过导入CAD文件或使用ANSYS的建模工具手动创建。
在这个实例中，我们将使用预先导入的几何模型来简化流程。
步骤二：网格划分一旦几何模型导入到ANSYS中，我们需要对其进行网格划分，以便在有限元分析中使用。
通常，活塞的网格划分需要细化边缘和重要的应力集中区域。
在ANSYS中，有多种网格划分选项可供选择。
根据具体情况，选择合适的网格划分方法并将其应用于活塞模型。
步骤三：边界条件定义在进行有限元分析之前，我们需要定义边界条件。
这些边界条件可以影响活塞在分析中的行为。
例如，我们可以定义活塞表面的固定边界条件，以模拟活塞与缸体的接触。
步骤四：加载定义一旦边界条件定义完毕，我们可以定义并施加加载条件。
在活塞的分析中，常见的加载条件包括压力加载和温度加载。
通过施加适当的加载条件，我们可以模拟活塞在工作过程中受到的力或温度变化。
步骤五：材料属性定义在进行有限元分析之前，我们还需要定义活塞的材料属性。
这些属性包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
根据活塞实际材料的特性，输入相应的材料属性。
步骤六：模型求解一旦模型设置完毕，我们可以开始对活塞进行有限元分析了。
ANSYS将通过求解相应的有限元方程组，预测活塞在给定加载条件下的应力分布和变形情况。
步骤七：结果分析最后，在完成模型求解后，我们可以进行结果分析。
ANSYS将生成各种结果，包括应力云图、变形图等。
ANSYS模态分析教程和实例PPT课件
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频率分析的相关知识
频率分析就是计算结构的共振频率及对应振动模态，不计 算位移和应力
固有频率：结构趋向于振荡的频率，固有的振动频率。 ➢ 基本频率：最低的固有频率
固有振动模态：特定的固有频率对应唯一的振动形式。 ➢ 每种模态对应着特定的固有频率
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例如：考虑跳水板的分析 ➢如果潜水者静止地站在跳水板上， 做一个静力分析已经足够了。 ➢但是如果潜水者在跳水板上下跳动， 必须进行动力分析
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准备工作
哪种分析类型？
如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和 阻尼力通常是重要的
因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静 力还是动力分析
③ 假定为谐运动： K 2 M u 0
④ 这个方程的根是 i， 即特征值， i 的范围从1到自由度的数目， 相应的向量是 {u}I， 即特征向量。
注意:
•模态分析假定结构是线性的(如, [M]和[K]保持为常数) •简谐运动方程u = u0cos(t), 其中 为自振圆周频率(rad/s)
模态分析的用途
有预应力的结构进行模态分析。例如旋转的涡轮 叶片。
循环对称结构模态分析。允许对循环对称结构的 一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。
ANSYS的模态分析都是线性分析。 ANSYS中的模态提取方法：
➢ Block Lanzos（默认）、子空间、PowerDynamics、缩 减法、非对称法、阻尼法和QR 阻尼法。后两种允许结 构中包含阻尼。
应力
应变
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基于ANSYSWorkbench柴油机后处理装置的模态分析
Modal analysis of diesel aftertreatment device based on ANSYS Workbench
ZHOU Xiaoyan，LI Bing ，KONG Fenxia ，CHEN Zhen，ZHANG Ting ，LU Guodong
（ Hangzhou Yinlun Technology ＆ Engineering Co． ，Ltd． ，Hangzhou 310013 ， China）
摘要： 柴油机在动力性、 经济性和可靠性方面都比汽油机有优势， 但柴油机排放中 NO x 排放严重， 因此有必要加装后处理装置 。 针 对后处理装置设计， 为避免与发动机的共振， 利用 ANSYS Workbench 软件建立了针对某柴油机的后处理有限元模型， 通过对该模型 进行模态分析， 获得了后处理装置的前 6 阶固有频率和振型特征 。研究结果表明， 该后处理装置的固有频率大于发动机的激振频 不会产生共振。该结果为柴油机后处理装置的结构改进设计提供了理论依据 。 率， 关键词： ANSYS Workbench； 柴油机后处理； 模态分析 中图分类号： TH122 ； U46 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 4551 （ 2011 ） 08 － 0928 － 03
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模态分析
材料属性和边界条件对模态计算结果影响很大 ， 对于柴油机后处理装置， 由于 SCR 转化器需要喷射有 腐蚀性的尿素溶液， 在催化剂前的所有管路必须采用 耐腐蚀的不锈钢材料， 为了统一材料， 这里对不锈钢全 部定义为 304 级不锈钢。对于催化剂材料， 其参数为： 弹性模量 E = 15 GPa， 泊松比 μ = 0． 33 ， 材料密度 ρ = 3 708 kg / m ， 包裹在催化剂外围的衬垫， 其参数为： 弹性 模量 E = 145 GPa， 泊松比 μ = 0． 23 ， 材料密度 ρ = 650 3 kg / m 。边界条件： 钢带的 4 个螺栓孔处与底盘的连接 波纹管前端与发动机相连处也采用 采用 fix support， ［11 ］ fix support 。 对结构进行模态分析时， 一般不必求出全部固有频 率和振型， 而应着重考虑系统工作条件下所涉及的频 率， 因此通常只有这些阶次的固有频率可能引起系统共 振。本研究通过计算求得柴油机后处理器的前 6 阶固 有频率， 如表 2 所示， 与其对应的振型如图 3 ～ 8 所示。
毕业论文：基于ANSYS的发动机活塞三维温度场计算(终稿)-精品
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章引言活塞作为发动机最主要的受热零件之一,它的工作情况直接关系到内燃机的工作可靠性和使用耐久性，同时直接影响到内燃机的排放性能，其性能的好坏直接影响整机的性能。
高压气体燃烧产生的高温使活塞顶部乃至整个活塞温度很高，且温度分布很不均匀，导致活塞产生热应力和热变形。
随着内燃机在强化程度和热负荷水平上的大幅度提高，由于特殊工况，而导致的热负荷问题更加突出。
如何正确模拟内燃机的特殊工况，准确计算活塞的温度场是解决这个问题的关键。
如果得到其温度场,便可有目的地进行设计,减小热负荷。
有限元方法的基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。
因此，对活塞进行温度场、应力场以及热负荷和机械负荷共同作用的藕合应力场进行有限元分析，了解活塞的热负荷和综合应力分布情况，进而改进活塞，提高其工作可靠性具有重要意义。
本文利用Pro/Engineer软件的实体建模方法，建立了某汽油机活塞的三维实体模型，对其温度场在三维有限元软件ANSYS中进行了模拟分析。
1.1活塞热状态概述活塞是内燃机中处在非常不利的条件下的一个重要零件[1]。
活塞受高温燃气周期行的加热作用。
燃气的最高瞬时温度一般都高达1600 ~ 1800℃，燃气平均温度也高达600 ~ 800℃左右。
随着内燃机的平均有效压力和活塞平均速度的不断提高，就伴随着燃气最高温度和平均温度相应升高。
高温燃气与活塞顶面通过对流和辐射两种方式将热量传给活塞，从而使活塞组的热负荷显著提高。
评定活塞热状态首先是活塞顶的最高温度，一般活塞顶的最高温度高达300 ~ 350℃左右，随着汽缸直径增大则其最高温度更高，再加上大缸径活塞其壁较厚，则内外壁面的温差较大，从而使产生的热应力也较大。
ansys模态分析
ansys模态分析：
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
模态分析就求特征值和特征向量的问题，特征值就是要知道结构振动的一些基本振型对应的频率，在实际中，有时为了避开这这些基本频率，防止共振，有时要加强振动，看实际需要，基本自然频率可以给我们一个准则，可知道我们的结构变形是算快还是算慢，基本自然频率也可以代表结构整体的刚度：频率低表示结构的刚度很低（结构很柔软），相反的频率高表示结构的刚度很高（结构很坚硬）。
结构的软硬程度视需求而有不同的设计，譬如刚性的高楼设计虽然比较不会摇动的太厉害，但是却不容易吸收地震能量；相反的柔性的高楼设计虽然会摇动比较大，但是往往可以吸收很大的地震能量。
振型有何实用上的价值呢？从振态的形状我们可以知道在某个自然共振频率下，结构的变形趋势。
若要加强结构的刚性，你可以从这些较弱的部分来加强。
比如说一个高楼的设计，如果经过模态分析后会发现，最低频的振态是在整个高楼的扭转方向，那表示这个方向的刚度是首先需加强的部分。
模态截断
理想的情况下我们希望得到一个结构的完整的模态集，实际应用中这即不可能也不必要。
实际上并非所有的模态对响应的贡献都是相
同的。
对低频响应来说，高阶模态的影响较小。
对实际结构而言，我们感兴趣的往往是它的前几阶或十几阶模态，更高的模态常常被舍弃。
这样尽管会造成一点误差，但频响函数的矩阵阶数会大大减小，使工作量大为减小。
这种处理方法称为模态截断。
219322186_基于ANSYS的曲轴静力学与模态分析
承受着扭转振动与弯曲振动 分析曲轴静态受力及运动情 况可以有效避免曲轴出现裂纹变形断裂等情况
针对曲轴受力计算传统方法是简化为简支梁或连续 梁但由于其结构复杂无法完全采用解析法求解 目前 国内外对曲轴模型多采用有限元分析方法但模型简化存
屈服强度 $$(3&(RX8 曲柄销直径 0%AA
厚度#增大曲柄重叠度"为曲轴尺寸优化提供了依据$ 当 以看出"工作转速对应的频率比1 阶的最小频率)S0&(0Q
然"上述四个结构参数不是孤立存在"比如由于曲轴顶端 低"所以曲柄发生共振的概率很低$
与连杆轴颈距离有限"连杆轴颈处圆角的增大又受到了很 *结论
大的限制$
文中对直列四缸发动机曲轴采用XC<*6建立三维模
曲轴固有振动模态与材料和结构有关"与外部载荷及 (()曲柄臂与主轴颈#曲柄臂与连杆轴颈的交界部位
约束无关"因此不施加任何约束$ 曲轴整体的自由模态前 是曲轴振动的危险区"所以曲轴的设计要充分考虑曲柄臂
0 阶(刚体模态)都约为零"所以主要分析1*$) 阶模态$ 的设计参数以及曲柄臂和曲拐相连处的圆角尺寸$
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机械化工
科技风 /0/1 年 2 月
在不考虑油孔压力峰突然变化的情况下"利用有限宽 度以及轴颈重叠度后"分析其轴颈最大圆角应力的变化"得 轴颈油膜的应力分布"沿轴颈纵向呈二次抛物线分布"沿 出这些参数对曲轴应力集中的影响"如图Q*图1 所示$ 轴颈周向呈余弦分布"由于曲轴受力具有周期性和对称 性"只分析连杆轴颈受到压力时的轴颈圆角应力大小"为 方便载荷施加"将载荷简化为沿连杆轴颈上半面的均布载 荷"其大小为曲轴最大爆发力Q%RX8$
ansys模态分析
模态分析：模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。
其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
分析这些模态参数的过程称为模态分析。
按计算方法，模态分析可分为计算模态分析和试验模态分析。
Ansys：ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN、Algor、I －DEAS、AutoCAD等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
技术种类：CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差分法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。
每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、流体力学、电路学、电磁学、热力学、声学、化学化工反应等。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
基于ANSYS汽车连杆的模态分析
基于ANSYS汽车连杆的模态分析摘要：振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一。
由于振动会造成结构的共振或或疲劳，从而破坏结构。
所以必须了解结构固有的频率和振型，避免在实际工况中因振动因素造成结构的损坏。
模态分析主要研究结构或机器部件的结构特性，将得到结构的固有频率和振型，对复杂结构进行精确的模态分析，将为评价现有结构的特性特性、新产品和诊断动态性能的预估及优化设计，提供科学的依据。
关键词：ansys；汽车连杆；模态分析1引言汽车众所周知的最常用的交通工具之一，在整个汽车的复杂系统中，发动机就是其中最重要的之一，常常也称作汽车的心脏。
当汽车发动机工作时，活塞燃烧室产生的气体其爆炸力通过连杆传递给曲轴，曲轴带动飞轮转动从而将动力输出。
在这工作的过程中，发动机连杆在传递燃料爆炸作用力的同时也承受了最大最强烈的冲击力、动态应力，因此,连杆成为发动机动力学负荷最高的部件。
连杆是发动机传递力最重要的零部件之一，同时也肩负着传递力的方向的重任。
所以,汽车发动机连杆的质量和性能就直接关系到整个发动机工作的稳定性以及故障率。
利用有限元对汽车连杆零部件进行模态分析,有利于对连杆零部件更科学的使用。
2基本原理2.1ANSYS简介ANSYS软件是可以处理的分析类型：结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、耦合场分析。
结构分析首先待求的自由度是位移，而其他量诸如应变、应力、反应力等均是通过位移值来得到的。
在ANSYS中，结构分析主要包括7种：静力分析、模态分析、谱分析、瞬态动力学分析、谐响应分析、特征屈服分析、专项分析。
而模态分析是本论文的着重应用，主要分析用于计算结构的自然频率和振型，用于解决实际生活中的机械振动。
2.2ANSYS模态分析简介结构动力学分析不同于静力学分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用效果。
模态分析是动力学分析功能的一种。
动力学分析是用来确定质量（惯性）和阻尼起重要作用的结构和构件动力学特性的技术。
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塞在燃烧气体力和惯性力 的作 用下激起 的弹性振动 。它不但 对发动机整体功 率有影 响 ，而且是诱 发发动机燃 烧噪声和活 塞敲击噪声的根 源 ， 不仅如此 ， 活塞的振动频率对汽车舒适性 的影响也十分显 著。 是设计 的重 点和难点 。 传 统的设计方法 的
发动机活塞是发动机最重要的部件之一 ， 它承受复杂 、 交
变的冲击裁荷 ， 活塞的振动是结构振动中的一种 ， 主要是指 活
（ １ ） 活塞 的模型建立。活塞 的模型通过在 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ中建立 ，
将其保导入 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ即得到活塞的实体模型 。 进行单元 的选择
与网格划分 。 该单元为 四面体 １ ０节点三维实体单 元 ， 每个节 点有 三个 移动 自由度。划分 网格密 度 ６ ， 划分单元 总数 １ １ ７ １ １ 个， 节 点
１ 有 限元 建模
确定模 型尺寸 ， 根 据观察 ， 活塞 的大体轮廓 为圆柱型 ， 头 部有三道环槽 ， 裙部为半拖式 。据测量确定 活塞外 廓尺寸 ， 环 槽宽度 ， 环槽深度 ， 活塞直径 ， 活塞壁 大体厚度 ， 活塞销孔直径 等必要数据 。
关键词 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ； 模 态分析 ； 应 力云图； 有限元模 型 中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ０ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ８ ３ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ １ ５ ４ － ０ ２
Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ ４ ９ ５ Ｑ ｅ ｎ ｎ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
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摘 要： 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ将 ４ ９ ５ Ｑ型发 动机 活塞建立有ｒ ￣ － Ｊ Ｌ模型 ， 进行模 态分析。 得到 了活塞在 自由状态 固有频 率和模 态振型进而确定活塞的振动特性 ， 并根据得到的几阶振 型 图分析应力状况 ， 找 出活塞相对应力集 中处 ， 最后 对活塞裙部
的形状进行优 化改进 。通过分析和改进 ， 使活塞的动力学特 性更加合理 。
第 ４ ０卷 第 １１期 ・ 学 术
ＶｏＩ ． ４０ ＮＯＶ． １ 源自 湖南农机
２Ｏ１ ３年 １ １月
ＮＯ Ｖ． ２０１ ３
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲＩ ＣＵＬＴ ＵＲＡＬ ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＲＹ
基于 ＡＮＳ ＹＳ的 ４ ９ ５ Ｑ 发动机活塞模 态分析
王 洋
ｆ 齐齐 哈 尔工程 学 院 ， 黑龙 江 齐齐 哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ５ ）
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（ Ｑ ｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｂ ｆ ｆ ｅ ， Ｑ ｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｒ ， Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ￣ｉ ａ ｎ ｇ ， １ ６ １ ０ ０ ５ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ４ ９ ５ Ｑ ｔ ｙ ｐ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ， ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｇ ｏ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｅ ｅ
处理难 以满足实际的需要 ，而有限元的发展使精确分析活塞 的承载成为可能。
模 态分析用于确定设计 机构或机 器部件 的振动特性 ， 它
们是承受动态载荷结构设计 中的重要参数 ，同时也可 以作 为 其他动力学分析 问题 的起点 。本文根据实 际需要要求采用 有 限元 的方法研究 ４ ９ ５ Ｑ型发动机活塞 的模态分析与设计 。