问急求毕业设计：基于ANSYS软件发动机曲轴的有限元分析与优化

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连杆有限元模型建立建模方案的确定传统的方法一般采用连续体模型对连杆进行分析，这种方法具有明显的缺陷，因为这样必然将连杆的所有组件认为是紧密融合在一起的，而连杆是由各个分离的组件组装而成的，包括连杆体 衬套 轴瓦 连杆盖及连杆螺栓等 各部件之间存在许多配合面，接触状态非常复杂，对连杆的强度分析有很大影响，如果不考虑这些因素，计算结果会跟实际情况有相当大的差距，近乎于错误 考虑到这些因素，根据连杆体和连杆盖之间的接触方式，将二者用接触单元连为一个整体 而衬套 轴瓦 螺栓对连杆的作用将以连接预紧力的形式作用于连杆体及连杆盖上模型的建立采用UG软件来完成建模，建好的模型以 mod-el格式导入 ansys软件 图 1 为连杆的三维视图 基于连杆在几何形状上的对称性，采用 1/2 连杆模型进行分析，可以节省大量计算机内存，把这些内存用于划分网格中，可以节省计算时间 如图 2 为连杆1/2 模型连杆有限元分析计算工况的选择发动机工作的过程中，连杆小端随活塞作往复直线运动，大端随曲轴作旋转运动，而连杆体本身为平动 通过分析可以得出，连杆的最大载荷出现在进气冲程的上止点附近,此时产生最大拉应力，膨胀冲程的上止点附近此时产生最大压应力，因此选择这两个位置进行应力分析[2]。 工况 1：连杆受活塞组的惯性力作用、 连杆自身的摆动惯性力、 连杆小头衬套和大头轴瓦的径向装配应力和连杆大头所承受的螺栓预紧力；工况 2：连杆载荷包括活塞组的惯性力 连杆自身的摆动惯性力 小头上承受的燃气压力 连杆小头衬套和大头轴瓦的径向装配应力和连杆大头所承受的螺栓预紧力网格的划分该连杆材料为中碳钢,密度为 7 850 kg/m3，杨氏模量为 210 GPa，泊松比为 0.3 由于连杆形状复杂且不规则，因此采用高阶四面体单元 Solid 92，进行自由网格划分，共有 159 669 个单元， 247 821 个节点，图3为1/2 连杆网格划分图边界条件及载荷处理位移边界条件因所选模型为 1/2 连杆，故在连杆的对称面上施加对称约束，约束连杆在 方向平移和在 ，方向的转动，并选取 个节点约束住 ， 方向的平移和 方向的转动 工况 1 时，在连杆大头内孔下部的 120 施加 向约束；工况 2 时，在连杆大头内孔上部的 120 施加 向约束[3]边界条件及载荷处理位移边界条件因所选模型为 1/2 连杆，故在连杆的对称面上施加对称约束，约束连杆在 方向平移和在 ，方向的转动，并选取 个节点约束住 ， 方向的平移和 方向的转动 工况 1 时，在连杆大头内孔下部的 120 施加 向约束；工况 2 时，在连杆大头内孔上部的 120 施加 向约束[3]连杆载荷处理（1）螺栓预紧力：螺栓作为承载体系的一部分，作用是拉紧大端和大端盖，其预紧力可采用以下公式计算： =0.2 0 10- 2式中 螺栓拧紧力矩；0 螺栓预紧力；螺栓直径计算得螺栓预紧力约为3 758.6 N（2）连杆小头孔的载荷沿轴线方向按二次抛物线分布，沿孔圆周方向在 120 范围内按余弦规律分布，而连杆大头孔与曲柄销接触角为 120 ，载荷同样按余弦规律分布[4]假设所受载荷曲线方程为2+而轴向受力长度为 2 ，当 =0 时， max，故max 而当 时，=0，这样可以得出max/2，=0则作用在轴颈上的总载荷为：40 0cos 3 /2 d d = 83 0d得出 = 83max01-22 d = 169max由此可得 max= 916， = 9161-22则沿轴颈圆周方向有 = cos 3 /2其中，=0~ ，=- 60 ~60（3）连杆小头与衬套，大头与轴瓦之间，由于过盈装配存在预紧力，通过计算可得出连杆小头预紧力约为 211.52N，连杆大头预紧力约为 70.25N计算结果与分析使用 ANSYS软件，定义材料属性，并施加必要的位移边界条件和力边界条件，进行求解后，可以得出连杆在最大受拉和最大受压两种工况下的应力云图，如图 4和图 5所示从应力云图可以看出，连杆在最大受拉工况下的最大应力在连杆大头顶部，以及连杆大头和连杆盖用螺栓连接处，还有连杆小头底部油孔处,而在最大受压工况下最大应力发生在连杆小头孔下部的油孔处，同时连杆大小头和杆身过渡处应力也相对集中连杆设计的改进方案基于连杆在两种受力工况下的应力集中情况，可以得出连杆在工作过程中主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，在设计时应首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度，不能简单依靠加大结构尺寸[5]