曲轴参数化建模和有限元分析

论文摘要

有限元法随着计算机科学的发展,在包括汽车发动机在内的几乎所有工程领域得到了愈来愈广泛的运用。有限元技术的出现,为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具。经过约半个世纪的发展,它已日趋成熟,在工程设计领域发挥着越来越重要的作用。汽车发动机零部件的设计是有限元技术最早的应用领域之一,有限元技术的应用提高了汽车发动机零部件设计的可靠性,缩短了设计周期,大大推动了汽车发动机工业的发展。曲轴是汽车发动机中最重要的部件,同时也是承受负荷最复杂的部件。其结构参数和加工工艺水平不仅影响着整机的尺寸和重量,也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。因而曲轴的强度研究是发动机设计必不可少的重要组成部分。 ANSYS是一个功能十分强大的、通用性很强的有限元分析软件,所以本文通过VC开发了基于ANSYS为核心的发动机曲轴有限元分析系统。 在对曲轴的种类和结构型式进行了分类总结后,提出了控制曲轴三维模型的尺寸,并在ANSYS中实现了曲轴的三维参数化建模。 在VC中设计了热计算和动力学计算模块,可以计算出任何曲轴转角下发动机连杆传递到连杆轴颈上的连杆力。并把计算结果和数据存入了数据库中,在其后的曲轴有限元分析时可以通过查询数据库,得到在任何曲轴转角所有连杆轴颈上作用的力。 通过比较曲轴静强度分析时不同加载方式和约束边界条件对结果的影响,得到了较好的边界条件,在此基础上实现了曲轴有限元分析的参数化控制。 本文建立了以ANSYS为计算核心的,用VC封装的发动机曲轴有限元分析系统。并通过此系统分析了495Q曲轴部分尺寸和结构型式对曲轴圆角应力的影响。 本文借助大型有限元分析软件ANSYS的二次开发语言APDL和VC++6.0的界面开发技术,研究开发参数化的曲轴有限元分析系统,实现了曲轴建模和分析计算的自动化、智能化,大大减小曲轴建模与分析的工作量,提高了新产品研发效率。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的、意义
• 1.1.3 本文的主要工作
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 汽车发动机零部件有限元网格生成技术
• 1.2.2 汽车发动机中复杂边界条件的确定与施加
• 第二章 有限元及ANSYS简介
• 2.1 有限元介绍
• 2.1.1 有限元的发展历史
• 2.1.2 有限元的基本概念
• 2.1.3 有限元法的一般程序结构
• 2.1.4 有限元法的发展趋势
• 2.2 ANSYS软件
• 2.2.1 ANSYS软件介绍
• 2.2.2 APDL简介
• 第三章 曲柄连杆机构受力分析
• 3.1 曲柄连杆机构运动学
• 3.1.1 中心曲柄连杆机构运动学
• 3.1.2 中心曲柄连杆机构中的作用力
• 3.2 曲轴的设计
• 3.2.1 曲轴的工作条件和设计要求
• 3.2.2 曲轴的结构型式
• 3.2.3 曲轴的材料
• 第四章 ANSYS中曲轴的参数化建模及分析
• 4.1 程序系统介绍
• 4.1.1 用户界面模块
• 4.1.2 VC与ANSYS的连接模块
• 4.2 实体建模技术研究
• 4.3 参数化设计方法研究
• 4.4 曲轴的参数化建模
• 4.4.1 曲轴的结构简化和模块划分
• 4.4.2 主要模块的尺寸
• 4.4.3 参数化建模
• 第五章 曲轴结构有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 曲轴几何模型的自动建立
• 5.3 曲轴有限元模型的自动建立
• 5.4 曲轴的加载处理
• 5.5 约束边界条件的处理
• 5.5.1 载荷的参数化
• 5.5.2 约束条件的参数化
• 5.6 运算与结果分析
• 第六章 对曲轴圆角应力的影响因素分析
• 6.1 曲轴圆角大小的影响
• 6.2 曲柄厚度的影响
• 6.3 轴颈重叠度的影响
• 6.4 减重孔的影响
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢