文档介绍：第3章多载荷条件静力学实例精讲—发动机连杆分析
本章内容简介
本实例以汽车发动机连杆部件为研究对象,在建立有限元模型和定义边界约束条件的基础上,依次创建了最大拉伸状态、最大压缩状态及施加螺栓预紧力、过盈装配共4个子工况的仿真模型,利用NX Nastran提供的线弹性静力学解算器,通过解算后既可以对每个子工况条件的解算结果进行分析,还可以对子工况进行任意组合,可以快速解算出各个组合载荷工况条件下的结果,为比较和分析各个子工况及其组合工况对发动机连杆力学性能影响规律的研究提供了便利。
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本章节主要内容:
基础知识
问题描述
问题分析
操作步骤
本节小结
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结构线性静力学分析是产品/零件结构分析最为基础的部分,主要用于解算线性和某些非线性(例如缝隙和接触单元)结构的问题,用于计算结构或者零部件中由于静态或者稳态载荷而引起的位移、应变、应力和各种作用力,这些载荷可以是外部作用力和压力、稳态惯性力(重力和离心力)、强制(非零)位移、温度(热应变)。
UG NX高级仿真支持的线性静力学分析的解算器主要有:
(1)NX Nastran-SOL 101 Linear Statics – Global Constraints,全局约束:该解算类型可以创建具有唯一载荷的子工况,但是每个子工况均使用相同的约束条件(包括接触条件)。
(2)NX Nastran- SOL 101 Linear Statics – Subcase Constraints,多个约束:该解算类型可以创建多个子工况,每个子工况既包含唯一的载荷又包含唯一的约束,设置不同子工况参数并提交解算作业时,解算器将在一次运行中求解每个子工况。
(3)NX Nastran- SOL 101 Super Elements,主要用来求解超单元的线性静态分析。
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问题描述
如图所示为汽车发动机连杆部件及连杆曲轴系统的工作示意图。本例使用的连杆部件主要由连杆主体、连杆盖以及起连接作用的连接螺栓装配而成。
汽车发动机连杆部件
连杆曲轴系统的工作示意图
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工况条件
本例中采用线弹性静力计算连杆的极限刚度与强度,并考察不同工作状态(不同工况)及装配工艺对连杆强度与刚度的影响,从而为连杆组设计和优化提供必要的依据。
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问题分析
本实例中主要研究连杆组的静强度与静刚度问题,由于连杆组是在一个平面内运动工作的,约束住连杆体的中间部位即可,其承受的极限载荷主要作用在连杆组的大头孔、小头孔的内壁。
螺栓连接使用螺栓单元,建立在连杆体与大端的连接孔内,对其施加轴向预紧力。
为简化分析,在小头孔,大头孔中使用局部圆柱坐标系,施加径向的载荷近似于余弦载荷。
在本例中,给定内孔面压力载荷,来替代装配过盈量所仿真生成的过盈接触压力。
选择相应子工况载荷的组合,利用组合功能快速查看组合工况下的求解结果。
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操作步骤
创建有限元模型的解算方案
设置有限元模型基本参数
划分有限元模型网格
建立螺栓连接单元
创建仿真模型
创建载荷
创建分析子工况
求解
后处理:分析四种载荷对连杆组产生的变形和应力影响
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(1)创建有限元模型的解算方案
依次左键单击【开始】和【高级仿真】,在【仿真导航器】窗口分级树中,单击【Connecting 】节点,新建FEM和仿真,进入创建有限元模型的环境。注意在【仿真导航器】窗口出现了相关数据节点,可以查看各个节点的含义。
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(2)设置有限元模型基本参数
自定义材料
创建物理属性
网格属性定义
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1)自定义材料
单击工具栏中的【材料属性】图标,弹出【指派材料(指定材料)