基于ANSYS的汽車發(fā)動機連桿有限元分析,基于,ansys,汽車發(fā)動機,連桿,有限元分析 目錄 畢 業(yè) 設 計（論 文） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 題 目：基于ANSYS的發(fā)動機連桿有限元分析 　　　　　　　　 學生姓 二級學 班　　 提交日 目錄 目 錄 摘 要 Ⅲ Abstract Ⅳ 1.緒 論 1 1.1 課題研究概述 1 1.1.1課題研究背景和實際意義 1 1.1.2課題國內外研究現狀及發(fā)展方向 1 1.1.3課題研究的方法與技術手段 2 1.2連桿的基本概述 2 1.2.1連桿的工作條件和基本要求 2 1.2.2對連桿分析現狀 2 1.3有限元法理論基礎和相關軟件簡介 3 1.3.1有限元基本理論概述 3 1.3.2有限元分析方法 3 1.3.3有限元分析軟件ANSYS簡介 4 1.4 課題主要內容 4 2.CATIA軟件的介紹及連桿建模過程 6 2.1 CATIA軟件的發(fā)展及應用簡介 6 2.2使用CATIA軟件建立連桿模型 6 3.連桿的靜態(tài)分析 10 3.1模型的建立與設置 10 3.2求解生成云圖 16 3.3結論分析 18 4.連桿的模態(tài)分析 19 4.1求解生成階型圖 19 4.2結論分析 22 5.結論與展望 23 參考文獻 24 I 致 謝 25 IV 摘要 基于ANSYS的汽車發(fā)動機連桿有限元分析 摘 要 連桿是汽車發(fā)動機的主要運動件，其作用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，并把作用在活塞上的力傳遞給曲軸以輸出功率。本課題主要是用ANSYS軟件對連桿進行有限元分析。首先利用CATIA建模軟件對連桿進行三維實體建模與裝配，再將建好的三維模型導入ANSYS軟件進行靜態(tài)分析和模態(tài)分析。通過靜態(tài)分析得出連桿的受載情況與變形情況，即連桿應力、應變的大小和分布。利用模態(tài)分析來對連桿做有限元分析可確定其振動特性，分析其變化規(guī)律。 關鍵詞：汽車發(fā)動機；連桿；ANSYS；有限元；CATIA Abstract Finite element analysis of automobile engine connecting rod based on ANSYS Abstract The?connecting?rod?is?the?main?movement?part?of?the?automobile?engine,?which?can?change?the?reciprocating?movement?to?the?piston?into?the?rotation?of?the?crank?movement,?as?long?as?to?transmit?the?force?acting?on?the?piston?to?the?crankshaft?for?the?output?power.?The?main?topic?of?the?paper?is?to?study?on?the?Finite?Element?analysis(FEM)?of?the?connecting?rod?using?the?ANSYS?software.?First,?the?connecting?rod?is?modeled?and?assembled?by?CATIA,?a?modeling?software?,?and?then?the?3D?model?is?imported?into?ANSYS?for?static?and?model?analysis.?The?loading?and?the?deformation?condition?of?the?connecting?rod?are?obtained?according?to?the?static?analysis,?from?which?we?can?study?the?size?and?distribution?of?stress?and?strain.?The?modal?analysis?is?used?to?analyze?the?vibration?characteristics?of?the?connecting?rod?by?finite?element?method,?and?the?variation?law?of?the?connecting?rod?is?analyzed.?At?the?same?time,?the?model?analysis?of?the?connecting?rod?can?provide?the?information?of?vibration?characteristics,?and?help?us?to?analyze?its?variation.? Key words: Automobile; Engine; Connecting Rod; Finite-Element;Catia 第1章 緒論 1 緒 論 1.1 課題研究概述 1.1.1 課題研究背景和實際意義 汽車發(fā)動機自從十九世紀后出現以來，經過了很多年的不斷改進與研究，現在發(fā)展得已經比較完善，它的優(yōu)點有：熱效率高，功率與轉速的范圍非常廣，比重量較小，在動力機械中的地位非常高，很廣泛地應用在國民經濟與軍事裝備的各領域上。因為發(fā)動機的結構比較復雜，所以在對發(fā)動機里的一些主要的部件比如：連桿，曲軸，活塞，氣缸蓋和機體等進行強度剛度分析時，如果用傳統的力學方法，只能夠近似的反映它的受力狀況和其變形情況，遠遠不能滿足進一步分析的需要。目前，先進的分析方法是利用基于理論平臺的有限元技術分析連桿的性能。 發(fā)動機中重要的傳動零件——連桿，它的作用是連接曲軸和活塞，把作用在活塞上的力傳給曲軸，將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉運動，對外輸出做功。當連桿的小端工作時，其作往復運動，當連桿的大端工作時，其作旋轉運動，桿身作較復雜的平面運動，所以連桿的受力情況十分復雜。發(fā)動機中所承受的最大的負荷零件就是連桿，運動期間一起承受著從活塞上傳來的氣體的壓力、來回的慣性力還有它本身擺動時而產生的慣性力，這些力的大小和方向都是呈現出周期性變化的。當然，連桿也會出現彎曲現象和扭曲的現象，原因是當使用很長時間后，連桿會由于活塞猛烈的推力和曲軸快速的運轉而出現這樣的現象。當連桿出現了這樣的現象，不僅僅活塞會拉缸，其他的組件還會出現不正常的磨損，還易導致連桿發(fā)生疲勞破壞使其最終出現斷裂，使用人的安全不能得到保障。 1.1.2課題國內外研究現狀及發(fā)展方向 隨著時代的發(fā)展，在汽車工業(yè)制造技術越來越成熟的時代，對于發(fā)動機的要求越來越高，尤其是其性能和可靠性，連桿又在發(fā)動機中充當重要的角色。所以，現在國內外各大汽車公司對連桿的設計及制造等方面也越來越重視?！靶◇w積、大功率、低油耗”這是現在汽車對發(fā)動機的最基本要求，而在其高要求下，對連桿的設計要求也越來越高，尤其是在對連桿材料、制造技術的要求更高。其最基本的要求： （1）為了防止連桿工作時發(fā)生彎曲變形，其桿身要有足夠的強度； （2）連桿的大端和連桿蓋要有足夠的強度，防止螺栓承受附加應力和大端失圓，造成軸承破壞。 所以連桿應該具有足夠的疲勞強度和沖擊韌性等要求。 連桿對于發(fā)動機的使用壽命和工作性能具有重要的影響。當下，連桿設計都是靠經驗來 1 設計，這樣的設計方法缺乏嚴密的理論基礎，并且對于連桿的計算也不準確，連桿工作時，其動態(tài)特對它的影響也不考慮。雖然現在也有人用有限元對其進行分析，但因為條件不允許，用軟件建立的立體圖不太合理，連桿在運動壓力到達最大時，不僅有軸向壓力，還有彎矩作用。而且邊界條件的處理也存在著很大的問題，所以現在許多發(fā)動機生產廠都采用先進的有限元工具與合理的計算，來對連桿進行設計與分析。 1.1.3 課題研究的方法與技術手段 有限元分析是利用力學模型上近似的數值來分析的方法，具體說，就是將連續(xù)體或結構劃分為許多單元，然后利用一些節(jié)點把有限個單元集合起來變成集合體當作本來的連續(xù)體或結構，就是把連續(xù)體轉化為離散模型來進行力學分析的。有限元方法在汽車的產品設計方面應用很廣泛。 目前，對連桿進行有限元分析的項目包括： （1）在靜力作用下，得出連桿的扭轉變形和應力分布，從而了解是否能夠承受載荷，或者形變是否在允許范圍內。 （2）對不同材料的連桿承載進行靜態(tài)分析，從而確定連桿輕量化設計方案，同時從材料成本的角度分析輕量化方案的優(yōu)劣性。 （3）對連桿受壓縮、拉伸、彎曲強度進行分析，對連桿結構進行優(yōu)化。 1.2 連桿的基本概述 連桿的設計必須要經過強度校核這個過程。當下，一般對于連桿的強度計算有兩種方法。一是使用傳統計算方法，傳統計算方法精度不高，與實際情況不是很貼切。二是使用有限元計算方法，此方法不僅計算精度高，而且與實際模擬情況更接近。 1.2.1 連桿的工作條件和基本要求 連桿的作用是連接活塞與曲軸，將活塞的直線往復運動轉換為曲軸的旋轉運動，并且在中間傳遞動力。發(fā)動機運轉時，連桿作復雜的平面運動，并承受載荷： （1）由于連桿力而引起的交變載荷； （2）由于在擺動平面內連桿會因擺動慣性力而產生彎曲載荷，但是這樣發(fā)生的應力比較小，一般都會忽略不計； （3）因加工和裝配時所發(fā)生的誤差而引起的附加載荷。 連桿的應力一般都很高，原因是因為空間位置所限制，設計連桿時要把連桿質量盡量設計得小些，所以對連桿設計要求較高。 對連桿的基本要求有： （1）連桿的尺寸重量盡可能小些，為了減小其慣性力，前提是要能保證足夠的強度和剛度； 2 （2）連桿的大端和小端軸承要耐磨性好且工作性能可靠； （3）成本要低，方便制造，方便安裝。 1.2.2 對連桿分析現狀 目前，大部分工程實際問題解決起來非常困難，甚至無法用傳統的計算方法來計算其結果。而有限元方法徹底解決了這一難題，利用有限元方法可以解決復雜的形狀、結構、復雜的邊界條件的工程問題，它與多數計算機作圖軟件如CAD系統所結合，讓設計者能在計算機中就可以進行結構、剛度、強度等不同的分析，取代了傳統的設計方法，不需要按照傳統的方法設計——驗證——設計這樣循環(huán)的方式，整個的設計只要在最后進行驗證式試驗。這樣的設計方法大大地降低了成本，設計時間也縮短了，工作效率大幅度的提高。 二十世紀中期，在電腦誕生后，利用有限元方法計算在許多科學領域中變成了最重要最有效的計算方法，尤其是在計算數學、力學、工程學中。多年發(fā)展以來，有限元方法計算已經變得越來越成熟，形態(tài)也越來越豐富，其軟件系統也越來越完善，已經發(fā)明了一系列的軟件。在許多比較大的工程項目中有限元分析發(fā)揮了重要的作用，克服了許多困難。有限元分析推進了社會的發(fā)展，在現代科學中起到了不可缺失的作用。 通常，因為發(fā)動機連桿結構比較復雜，用普通的方法很難模擬它的結構。所以，在有限元分析下，先建立一個實體的三維圖，再進行分析，這是常用的連桿的有限元分析方法。 連桿的立體圖有限元分析法一般有兩種： （1）1/4或1/2連桿模型。利用此方法能正確地得到危險情況下的應力分布。 （2）整體連桿模型。利用連桿的實際數據在計算機中建立三維實體圖，根據接觸有限元分析法，分別對連桿的零件進行最大載荷的分析。采用此方法對連桿作模態(tài)分析，能夠準確地找出連桿的薄弱環(huán)節(jié)。 1.3 有限元法理論基礎和相關軟件簡介 1.3.1 有限元基本理論概述 隨著時代的飛速發(fā)展，對現代工業(yè)、生產技術的要求越來越高，對于高精密的生產越來越重視。 有限元分析的基本概念就是先簡化復雜問題然后得到答案。它把求解域當作很多小的有限元域組合而成，逐個對小的單元求解，得到一個簡單的近似結果，根據這個結果需要滿足的條件，再推導出來，最終得出問題的答案。這個答案并不是準確答案，因為在實際問題中也很難算出準確的答案，只能得到一個近似的答案。 1.3.2 有限元分析方法 隨著計算機技術的飛速發(fā)展，現在，計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，簡稱CAE）已經普遍用于各種工程領域。CAE的作用： (1)計算的精度高，跟試驗所得出的結果差別不大； (2)效率高，產品開發(fā)費時短； (3)在人工很難完成其計算時它能輕松得出結果； (4)低成本，不需做實體試驗； (5)方便設計，在產品還未設計出時便可進行分析； (6)分析面廣，且能保存充足的數據。 有限元分析方法在所有的分析方法中，其運用最成功也是最有效的數值計算方法。它的基本思想就是把實物分解成有限個組合，然后將這些單元的集合來模擬原來的實物。有限元分析軟件中，ANSYS最為經典，其在國內外應用廣，自身成熟度高，在高?？蒲蓄I域中應用最為廣泛。 用有限元方法對物體的結構進行分析，其步驟為： (1) 對其結構特點研究分析。用三維繪圖軟件CATIA、Pro/E、UG等繪制物理力學模型，根據物體所需分析的結構特點對其進行分析，如支承的簡化、材料的簡化、載荷的分析等，為下一步做準備。 (2) 形成網格圖。用有限元分析軟件HY2PERMESH或ANSYS等，根據其結構的特點，確定單元類型，選取節(jié)點，形成網格圖。 (3) 根據所要分析的類型，進行選項設置，再對其進行求解計算。 (4) 后處理。先進入后處理器，將文件讀入。在處理器內，可以觀察其結構的變形情況與受力情況等。 經研究認定CAE分析因為是模擬實際工況，與實際工況有偏差，最終的結果還應以試驗驗證為準，二者相輔相成，缺一不可。 1.3.3 有限元分析軟件ANSYS簡介 ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型（FEA）軟件，是世界范圍內增長最快的計算機輔助工程軟件，能與多數計算機輔助設計軟件接口，實現數據的共享和交換。是融合結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。該軟件在多個領域中有著廣泛的應用。ANSYS優(yōu)點是功能強大，操作簡單，現在已經成為國際最流行的有限元分析軟件。 ANSYS軟件主要包括前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊三部分： 此外，它有統一和集中的數據庫，保證了系統各模塊之間的可靠和靈活的集成；其DDA模塊實現了它與多個CAD軟件產品的有效連接。 1.4 課題主要內容 本論文對汽車發(fā)動機連桿進行研究，對連桿進行有限元分析，由此得到連桿的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。 用ANSYS軟件對該連桿進行靜態(tài)分析。先利用CATIA軟件建立幾何模型，然后導入到ANSYS軟件中，劃分網格、定義單元屬性、定義材料等，進行計算，考查在固定大端受載荷情況下，桿身、大端和小端的應力分布以及變形情況。 應用ANSYS軟件進行該連桿動態(tài)分析，主要是模態(tài)分析。通過建立模態(tài)有限元模型、定義模態(tài)求解、分析擴展模態(tài)等對該連桿的模態(tài)特性進行分析。得出了該連桿的各階模態(tài)，分析并比較了它們的固有頻率和振型。 26 第2章 CATIA軟件的介紹及連桿建模過程 2 CATIA軟件的介紹及連桿建模過程 2.1 CATIA軟件的發(fā)展及應用簡介 CATIA是法國達索公司的產品開發(fā)CAD/CAE/CAM一體化軟件，是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application(計算機輔助三維應用程序接口）的縮寫。它的內容涵蓋了產品從概念設計、工業(yè)設計、三維建模、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、各種磨具設計和分析、人機交換等使用模塊。 CATIA比較廣泛的用于汽車、航空航天、輪船、軍工、儀器儀表、建筑工程、電器管道、通信等方方面面。最大的客戶有：通用，波音麥道，空客，福特，大眾，戴克，寶馬，沃爾沃，標志雪鐵龍，豐田，本田，雷諾，達索飛機，菲亞特，三菱汽車，西門子，博世，現代，起亞，中國的上汽，一汽，東風等大公司。 CATIA在汽車行業(yè)中，應用的最為廣泛，為許多世界頂級汽車制造廠商所用，并成為這些廠商的核心系統之一。軟件在對汽車的造型、車身以及動力裝置等方面的設計有著獨特的長處，其可伸縮性和并行工程能力大大縮短了產品的研發(fā)時間，效率高，降低了成本。所以，CATIA在汽車領域中的地位是無可代替的，國內很多汽車公司都選用CATIA作為核心軟件，如上海大眾，一汽集團、奇瑞汽車等。 2.2 使用CATIA軟件建立連桿模型 1．打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“零件設計”并單擊，進入零件設計界面。根據數據，繪制連桿桿身，如圖2.1所示。 圖2.1 連桿桿身 2．打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“零件設計”并單擊，進入零件設計界面。根據數據，繪制連桿襯套，如圖2.2所示。 圖2.2 連桿襯套 3．打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“零件設計”并單擊，進入零件設計界面。根據數據，繪制連桿蓋，如圖2.3所示。 圖2.3 連桿蓋 4．打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“零件設計”并單擊，進入零件設計界面。根據數據，繪制螺栓，如圖2.4所示。 圖2.4 螺栓 5．打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“零件設計”并單擊，進入零件設計界面。根據數據，繪制連桿軸瓦，如圖2.5所示。 圖2.5 連桿軸瓦 6．連桿的裝配 （1）打開CATIA軟件，單擊“開始”找到并單擊“機械設計”模塊，再在伸出項中找到“裝配設計”并單擊，默認文件名為“裝配體”，進入裝配設計界面。 （2）單擊添加現有部件，首先添加連桿，并為其添加固定約束。 （3）單擊添加第二個部件。 （4）裝配添加的部件。 （5）單擊繼續(xù)添加部件，并添加約束進行裝配。 （6）發(fā)動機連桿裝配體，如圖所示。 圖2.6 連桿裝配體 第3章 連桿的靜態(tài)分析 3 連桿的靜態(tài)分析 3.1 模型的建立與設置 1．啟動ANSYS Workbench并建立分析項目 如圖，在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目。 圖3.1 項目管理區(qū)分析項目 2．添加材料庫 進入主項目下的engineering data，添加材料。由于考慮慣性力的靜力分析中，必須要定于材料的屬性。所以，從材料庫調用材料，本次設計選用材料為45鋼，彈性模量為200Gpa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。 圖3.2 定義材料屬性 3．導入三維模型 返回主界面，雙擊geometry模塊，設置單位為mm。 圖3.3 單位設定 點擊file菜單下的import external geometry file，導入catia建立的幾何模型。 圖3.4 導入模型 圖3.5 從文檔中找出并打開連桿裝配體 點擊generate，生成幾何模型。 圖3.6 有限元中的幾何模型 4．添加材料模型屬性 返回主項目，點擊model模塊。 點擊geometry下的Part，在details of part中分別給每一個零部件賦予材料屬性。 圖3.7 每一個零件賦予材料屬性 5．定義接觸 在相互接觸部位定義接觸對。 圖3.8 定義接觸對 6．網格劃分 由于網格劃分的好壞決定了求解的精度，所以在結構比較小，接觸比較復雜的地方網格應該畫的密一些。所以螺栓部位劃分網格尺寸為3mm，其他地方網格尺寸設置為5mm。 圖3.9 連桿的網格劃分（不含螺栓） 圖3.10 螺栓的網格劃分 網格劃分完后的有限元模型如圖3.11所示。 圖3.11 連桿總體模型網格劃分 統計計算出節(jié)點數為90905，單元數為52565。 圖3.12 節(jié)點數與單元數 7．添加約束 給連桿的小端添加約束，約束其徑向和軸向的自由度，轉動自由度不約束。 圖3.13 對連桿小端添加約束 8．添加載荷 給連桿的大端添加載荷。根據傳統設計，對連桿大端軸瓦施加力的大小一般為2000N，且對其施加集中載荷，如圖3.14。 圖3.14 對連桿大端軸瓦施加載荷 3.2 求解生成云圖 設置求解選項，選擇直接求解方式，點擊求解生成應力應變云圖。 1．變形位移云圖 點擊生成變形位移云圖，如圖3.15可以看出，在對連桿施加載荷時，其最大總體變形位移約為0.059mm。 圖3.15 連桿的變形位移云圖 2．等效應力云圖 點擊生成等效應力云圖，如圖3.16可以看出，在對連桿施加載荷時，其最大等效應力為76.8Mpa。 3.16 連桿的等效應力云圖 3．連桿剪切應變云圖 點擊生成剪切應變云圖，如圖3.17可以看出，在對連桿施加載荷時，其最大剪切應變?yōu)?.00057mm。 3.17 連桿的剪切應變云圖 4．連桿剪切應力云圖 點擊生成剪切應力云圖，如圖3.18可以看出，在對連桿施加載荷時，其最大切應力為45.26Mpa。 3.18 連桿的剪切應力云圖 3.3 結論分析 通過上述靜力分析可知，在對連桿大頭處施加2000N集中載荷時，其變形一般會出現在大頭處，應力集中點出現在其大頭與桿身的連接處。仿真結果如上圖所示，最大總體變形位移為0.059mm，最大等效應力為76.8Mpa，最大剪切應變?yōu)?.00057mm，最大剪切應力為45.26Mpa， 根據所選用結構鋼的強度特性，抗拉強度不小于600Mpa，屈服強度不小于355Mpa。 第4章 連桿的模態(tài)分析 4 連桿的模態(tài)分析 4.1 求解生成階型圖 連桿的靜態(tài)分析僅僅分析的給連桿施加固定的載荷，計算出在載荷下其結構的效應。而汽車發(fā)動機連桿又是一個在高頻率下運動的部件。所以，在對連桿做分析時，動力分析必不可少。通常，對連桿進行動力分析的方法類型是模態(tài)分析，因為模態(tài)分析主要用來確定部件的振動特性。所以，下面就在靜力分析的基礎上繼續(xù)對模型進行模態(tài)分析，分析其振動特性。 由于在對連桿進行模態(tài)分析時，其模型的建立與在進行靜力分析時的步驟相同，所以下文省略不寫，下面直接介紹模態(tài)求解設置。 如圖4．1，設置提取模態(tài)的階數為12階，對其進行無阻尼模態(tài)分析，求解方法采用迭代求解算法。 圖4.1 階數設置 在對其設置完成之后，進行求解。提取不同模態(tài)階數的固有頻率和振型。 下圖4.2為1~12階模態(tài)的固有頻率。 圖4.2 1到12階模態(tài)固有頻率 模態(tài)分析就是求結構固有頻率，模態(tài)振型，模態(tài)剛度，模態(tài)質量，阻尼比等。一般對連桿只關心其固有頻率和模態(tài)振型。由于1~3階為剛體模態(tài)，對分析沒有實際意義，所以只提取4~12階模態(tài)振型。分別對應下1~9階不同固有頻率的模態(tài)振型如下圖所示。 圖4.3 1階振型圖 由圖4.3可知，連桿在1階振型下。其固有頻率為63.98Hz，振型繞Z軸轉動。 圖4.4 2階振型圖 由圖4.4可知，連桿在2階振型下。其固有頻率為65.81Hz，振型繞X軸轉動。 圖4.5 3階振型圖 由圖4.5可知，連桿在3階振型圖下。其固有頻率為125.34Hz，振型繞Y軸轉動。 圖4.6 4階振型圖 圖4.7 5階振型圖圖 4.8 6階振型圖 圖4.9 7階振型圖 圖4.10 8階振型圖 圖4.11 9階振型圖 振型描述： 對發(fā)動機連桿進行自由模態(tài)分析，由于提取的前3階自由模態(tài)為只有平移，頻率很低的剛體模態(tài)。因此，只對4至12階模態(tài)的振型和固有頻率作詳細的介紹和研究，并且階數重新按序排列1~9階。其自由模態(tài)的固有頻率及其振型描述見表1，1至9階模態(tài)振型圖如上圖所示。 表1發(fā)動機連桿1至9階固有頻率及振型描述 階數 固有頻率（Hz） 振型描述 1 63.98 繞Z軸的轉動 2 65.58 繞X軸的轉動 3 125.34 繞Y軸的轉動 4 1298.6 繞X軸的二階彎曲 5 1373.5 繞Y軸的扭轉 6 1950.2 繞Z軸的二階彎曲 7 3797 繞X軸的三階彎曲 8 4690.1 Y方向的軸向拉伸 9 4851.1 XY平面的四階扭轉 4.2 結論分析 通過上述對連桿進行模態(tài)分析可知，在不同的階數下，連桿的頻率也不同。階次越高，頻率也越高。且每個階次下，應力集中部位也不同，比如在第9階，其應力集中在桿身與小頭部位，而在第八階，應力又集中在大頭處。當然，不能僅僅考慮其小頭、桿身連接處與大頭的應力集中問題，還要通過各階次下連桿縮變形的情況進行比較。比如第九階的變形情況最嚴重，其頻率達到了4851.1Hz。連桿的模態(tài)頻率能預測發(fā)動機各個部件之間的干擾的可能性，這為發(fā)動機其他部件提供了有價值的理論依據。根據表中結果，分析的前9階中，頻率最低的是第1階，為63.98Hz。一般發(fā)動機的轉速范圍為3000轉到5000轉每分鐘，基本頻率為16.67到50Hz。所以很容易看出，該連桿的最低諧次頻率不再基頻范圍內，且高于基頻，不會產生共振頻率。 第5章 結論與展望 5 結論與展望 （1）本文緒論中首先介紹了本課題研究的背景，課題國內外發(fā)展狀況及發(fā)展方向，課題研究方法與技術手段等；由于本文主要以連桿的有限元分析為主，不用設計其尺寸等，所以用已有尺寸數據的連桿作為分析對象。 （2）根據已有的連桿數據，利用CATIA軟件將發(fā)動機連桿所有的零件進行三維建模。在建模完成后，繪制主要零件的二維工程圖。在CATIA環(huán)境中，根據投影規(guī)律三維模型可以很方便地生成二維工程圖。最后，將所有零部件在CATIA環(huán)境中裝配起來。 （3）將在CATIA軟件中已建好的三維模型導入到ANSYS有限元分析軟件中，對其分別進行靜態(tài)分析和模態(tài)分析。在靜態(tài)分析中，重點觀察連桿所受應力分布的情況。在模態(tài)分析中，分析了模態(tài)的振型及固有頻率。 （4）連桿作為發(fā)動機中的重要部件，對其工作要求很高。由于在連桿的設計與生產過程中，對于連桿的有限元分析需要很全面，而筆者的水平有限，不可能面面俱到。 （5）利用有限元方法分析連桿的受力，大幅度地提高了工作效率、縮短設計周期、降低設計成本，未來將成為各汽車廠商中通用的分析方法。 總之，現代對汽車要求具有高的安全可靠性，發(fā)動機是汽車的“心臟”，若發(fā)動機出現故障而導致事故后果將不堪設想。而連桿在發(fā)動機中又發(fā)揮著重要的作用，這就要求連桿具有足夠的剛度和強度。而有限元方法可以在發(fā)動機連桿設計過程中發(fā)揮重要作用，為連桿的設計和優(yōu)化提供參考，從而提高連桿的安全可靠性。有限元方法的廣泛使用，必將推進汽車結構向著高強度、輕量化、更安全的方向發(fā)展，也為無紙化設計和快速產品開發(fā)做出巨大貢獻。 參考文獻 參考文獻 [1] 王小飛，向國權，李靜，溫小隆. 基于ANSYS 的汽車的汽車發(fā)動機連桿有限元分析[J]．汽車零部件，2009（04）． [2] 陳旭陽. 發(fā)動機連桿的靜動態(tài)強度分析與結構優(yōu)化[D]. 東北大學，2013(06)． [3] 劉顯玉. 汽車發(fā)動機連桿的有限元分析[J]. 機電設備，2005（06）． [4] 曹正. 汽車發(fā)動機連桿材料的現狀及發(fā)展趨勢[J]. 汽車工藝與材料,2007（01）. [5] 李鵬. 國外汽車發(fā)動機連桿材料最新應用[J]. 汽車工藝與材料，2010（01）. [6] 韓鳳鱗．汽車發(fā)動機連桿發(fā)展趨向[J]．現代零部件，2006（06）. [7] 吳龍泗. 汽車發(fā)動機連桿桿身的結構強度分析[J]. 長安大學學報（自然科學版），1987(12) . [8] 朱榮福，趙卿峰，王輝. 基于ANSYS Workbench的發(fā)動機連桿疲勞強度分析[J]. 黑龍江工程學院學報, 2014． [9] 許兆棠，劉永臣.汽車構造[M]. 國防工業(yè)出版社，2012(08)． [10] 姚建輝. 基于CATIA的發(fā)動機連桿的工程分析[J]. 汽車零部件，2012(05) [11] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M]．高等教育出版社，2005． [12] 孫桓，陳作模. 機械原理[M]．高等教育出版社，2005． [13] 石義民，王波. CATIA V5環(huán)境下的常用件標準化[J]. 專用汽車，2011(02). [14] 劉惟信. 汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001． [15] 張波，盛太和. ANSYS有限元數值分析原理與工程應用[M]．清華大學出版社，2005. [16] 徐建全，鄭秋文. 發(fā)動機連桿三維實體建模和有限元分析[J]. 福建工程學院學報，2008（12）. 致謝 致 謝 大學的四年即將畫上一個完美的句號，而在畫上這個句號之前，不得不做的畢業(yè)設計似乎給了我當頭一棒。一開始本以為畢業(yè)設計比較簡單，查查資料寫寫就可以，可當我真正的做起來，發(fā)現并不是我想的那樣。一開始的CATIA建模就卡住了我，由于對這個軟件的一竅不通，我特地上網看了很多關于CATIA的教程，花了一個寒假的時間來學習使用CATIA。從各個零件的建模起，到裝配，還要導入ANSYS進行有限元分析，這期間花費了我很多的時間和精力。期間，又正好在公司實習，心里特別焦慮煩躁。雖然這樣，但還是在努力下完成了本篇論文。因此，在完成此次畢業(yè)設計的過程中除了考驗對所學知識的掌握程度之外，也是對耐心和毅力的考驗，更是對獨立思考、獨立解決問題的能力的考驗。 盡管歷時長、任務量大、難度較高；但是在自己的堅持和努力之下，在老師的幫助和指導之下，最終還是克服了種種困難，完成了任務書及大綱所要求的任務。尤其要感謝本畢業(yè)設計指導老師智淑亞老師的悉心教誨和幫助。從選題表到開題報告，到任務書、大綱，再到畢業(yè)設計正文，智淑亞老師仔細審查并提出修改意見。在此，對智淑亞老師的悉心指導和幫助表示誠摯的謝意！由于筆者水平有限，本設計中難免存在錯誤和疏漏，懇請老師批評指正！