文档介绍：有限元法课程小论文
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基于ANSYS对发动机连杆进行静力学分析
中文摘要
连杆是汽车发动机中的重要零件。在工作中,除承受燃烧室燃气产生的压力外,还要承受纵向和横向的惯性力。因此,连杆是在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。随着汽车的发展对连杆提出了更高要求,要求连杆有更轻的质量、更高的强度、更长的使用寿命。本文建立了汽车发动机连杆几何模型,并对模型施加载荷,分析连杆的应力应变状况,对连杆结构的改进提供了可靠的依据。
关键词:连杆;ANSYS;载荷;静力学;应力;变形位移
第1章绪论
连杆是汽车发动机中的重要零件,它连接着活塞和曲轴,其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中,除承受燃烧室燃气产生的压力外,还要承受纵向和横向的惯性力。因此,连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能;又要求具有足够的钢性和韧性。
连杆实物图如图1-1所示。本文只对连杆进行静力学分析。
图1-1 连杆实物图
第2章利用ANSYS对汽车连杆进行静力学分析
汽车连杆主要参数
连杆材料的属性为:弹性模量E=30X106 psi,。。在小头孔的内侧90。范围内承受p=1000psi的面载荷作用。
由于连杆的结构和载荷均对称,因此在研究时只要采用对称的一半进行分析即可。

定义单元类型是指定分析对象的特征,主要包括三个基本类型的常数定义。连杆单元类型选择为“Structural Solid”,“Brick 20node l86”。
定义材料的弹性模量以及泊松比。

采用自底向上的建模方法建立连杆的几何模型,建立的几何模型如图2-1所示。
图2-1 连杆几何模型

利用 ANSYS 软件中的 Mesh 命令对连杆模型进行网格划分,这里采用自由网格划分的方式。网格单元的尺寸设置为:最大单元边长取
in,厚度取 / 3 in。
划分后的模型如图2-2所示。
图2-2 连杆模型网格划分结果
加载求解
在连杆工作过程中,一般是在活塞经过上止点后约10。~20。曲轴转角时,气体压力达到最大。由发动机的示功图可知,在曲轴转角15。时气体压力最大,由公式sinβ=(R/l)sinα(其中,β为连杆的摆角,α为曲轴的转角;R为曲轴半径,l为连杆长度),。。。连杆位移的受限是由大小头接触处节点自由度被限制所造成的。因此,应该约束此处节点的部分自由度。
具体约束是:
1)在大头接触区施加对称约束。
2)在Y=0的所有面上施加对称约束。
3)施加Z方向上的约束。
施加约束后生成的结果如图2-3所示。
图2-3 施加约束后的结果
静态计算中载荷的处理。连杆在