基于ANSYS对连杆的有限元分析.pdf

第 2 7卷第 6期 2 O O 6年 6月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e Vo 】 ． 2 7 No ． 6 J u n．20 06 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 { 2 0 0 6 0 6 - 0 9 8 8 - 0 2 基于 A N S Y S 对连杆的有限元分析 李静明．马天兵 安徽理工大学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘 要 主要利用 A N S Y S软件对连杆应力进行分析 ， 计算 出连杆 的最大应力和应变。又与实 际情况进行比较 ， 证明分析是正确的， 从而为连杆机构的优化分析提供 了充分的理论依据。 关键词 连杆 ；有限元 ；应力和应变 中I t t - - 0 2 4 1 ． 8 2 ；T H 1 3 3 ． 5 文献标 识码 A Fi n i t e El e me n t An a l y s i s o f M o t o r Co n n e c t i n g Ro d Ba s e d o n ANS YS LI J h t gmi n g ，M A T i a nb i n g A n h u i U I 1 i v e r s i o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y - H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 - C h i n a Ab s t r a c t ANS YS s o f t wa r e wi l l b e a p p l i e d t o a n a l y z e t h e s t r e s s o f c o n n e c t i n g r o d，a n d t h e ma x i mu m s t res s a n d d i s D l a c e d s h a p e a r e s h o we d．Th e a n a l y s i s c a n b e p r o v e d r i g h t b y c o mp a r e d wi t h t h e a c t u a l c i r c u ms t a n c e，S O t h a t i t c a n p r o v i d e e n o u g h u s e f u l d a t a f o r t h e o p t i mi z a t i o n o f t h e c o n n e c t i n g r o d s t r u c t u r e Ke y wo r d s c o n n e c t i n g r o d；fin i t e e l e me n t ；s t r e s s a n d d i s p l a c e d s h a p e 0前 言 连杆是汽车的重要零件 ， 一个轻而可靠 的连杆 在工作 中将产生较小 的惯性力， 它有助于减轻汽车 轴承负荷及振动。然 而， 采用常规设计难 于使连杆 达到既轻又可靠 的要求 ， 传统用解析法对 连杆所受 的应力和应变情况分析 ， 解析误差太大。本文采用 A N S Y S有限元分析软件， 建 立汽 车连杆的有限元模 型 ， 加 载求解 ， 进行应力场分 析， 计算 出连杆的最大 应力、 应变 ， 利用 A N S Y S的有 限元分析 和计算机 图 形学功能 ， 显示三维应力 等值面、 位移等值面， 从 而 为连杆机构的优化分析提供了充分 的理论依据 。 1 基 本 分析 过程 汽车连杆的几何模型如图 1 所示 连杆厚度为 1 2 ． 7 m i l l 。 在小 头孔 内侧 9 0 o 范 围内承 受 P6 ． 8 9 M P a 的面载荷的作用 ， 其材料属性为弹性模量 E 2 ． 0 6 7 e 1 1 ， 泊松 比为 0 ． 3 。 量 r ～ 哆 L ～ 一 ‘一 戕荷 、、 ／ L l 6 5 l 0 ‘ 图 1 连杆的几何模型 Fi g ． 1 S t r u c t u r e mo d e l o f c o n n e c ti n g r od 1 创建有限元模型 根据结构特征 ， 采用实体建模。选用单元类 型 S o l i d 9 5 ， S o l i d 9 5是 三维 2 0节点 四面 体结构 实体单 元 ， 在保证精度的同时允许使 用不规则 的形状 ， s o 1 i d 9 5有相容 的位 移形 状， 适用 于 曲线边 界的建模。 每个节点有 3个 自由度 沿结点坐标 、 l ， 、 z方 向 的平动 ； S o l i d 9 5有塑性、 蠕 变、 应力强化 、 大变形 和 大应变的功能。 采用 A N S Y S的前处理模块进行建模工作。由于 连杆的结构和载荷均对称 ， 因此分析时只采用一半进 行分析， 这并不影响实际应力的分布 ； 而且在建模前 可对计算模型进行合理简化 ， 一些小的细节可不必在 模型中体现， 这并不影响分析所要求的精度。这样既 节省了计算时间 ， 又减少了存储容量。在建模过程 中。 采用由底向上的建模方式， 按照尺寸建立 面后 ， 采 用延伸的方式生成体 共 2 5个面 。使用 自由网络化 命令 ， 可利用实体模型线段长度 、 曲率 自动进行最佳 网络化 ， 在 A N S Y S中先对 面进行划分 网格， 生成 2 D 网格 ， 然后采用拖动生成 3 D网格 O p e r a t e ／ E x t rud e ， 所得有限元模型单元数为 4 9 2 ， 节点数为 2 5 0 1 。 2 约束条件和施加载荷 边界条件施加与工程实际是否吻合直接影响到 分析结果的正确性 、 合理性。在实际工程 中， 汽车连 杆 的大头孔是与轴承配合的， 而小头孔的 9 0 。 范围内 受到面压力的作用。在 A N S Y S中选取 1 8和 1 9以及 Y0的所有面施 加对称 约束 ， 在小 孔的 内表面 2 3 面上施加 6 ． 8 9 MP a的面压力 ， 如图 2所示 。 图 2 施加约束 与载荷 Fi g． 2 Add i ng c o n s t r a i nt s a nd l o ad s 维普资讯 箜 韭箜鱼 塑 一 基于A N S Y S 对连杆的有限元分析李静明， 等 ． 9 8 9． 3 计算结果及分析 在这一步 ， A N S Y S将对 自动划分 的每一单元 的 节点进行计算 ， 建立的方程很多 ， 需要一定 的时间， 所得的结果很大。在结构分析完成后 ， 可进入通用 后处理器和时间历程后处理器中浏览分析结果。图 3和图 4分别 为汽 车连杆的应力分布 和位移 分布 图 。 圈 3 节 点应 力分布 圈 F i g ． 3 Dis t r i b u t i o n o f n o d e s t r e s s 图 4 节 点应 变分布 圈 ．4 Dl s t r l b u t l o n o f n o d e d i s p l a c e d s h a p e 结果显示 ， 最大合位移出现在小孔内外表面 ， 其 值为 0． 1 2 00 ． 1 3 5 m m； 最大等效应力 出现在小头 孔的内表面上 ， 其值为 1 3 ． 2 MP a 。从图中的应力和 位移等直线可以看出 1 整个连杆结构的最大应力 出现在小头孔的承载区范围内， 其他部位受力情况 较均匀。这与实际情况是相吻合 的。 2 最大变形 出现在小轴孔表面 ， 而大孔 的变形非常小 。在实际 的过程中， 由于小孔是承载 区， 它 的变形相对较大。 大孔远离承载区， 受影响较弱。综合上述分析， 有 限 元模型的建立 、 分析结果是客观的 ， 较 为真实地反映 了汽车连杆的受力情况。 2结语 1 用有 限元分析法变连续结构为离散结构 ， 取代 了传统 的理论分析。通过 A N S Y S软件 可以 比 较精确地反映各点 的受力情况 。 为连杆的结构优化 提供充分的理论数据。 2 虽然在面载荷的作用下产生的等效应力远 小于其材料的许用拉应力和压应力值 1 9 6 M P a ， 大 轴孔的变形很小 ， 但是小轴孔的变形量非常大 ， 接近 于许用的变形量， 故其有刚度不足的缺陷 ， 有必要对 汽车连杆进行结构改进 ， 以减轻重量、 改善性能 、 节 约成本。 3 动态演示 出连杆受力变形的过程 ， 并 可借 助于后处理器绘 出相应的变化 曲线 ， 使设计 者清楚 地掌握其变化规律和变化特性。 参考 文献 [ 1 ] 马天兵． 基于 I q S Y S的滚动轴承的有限元分析[ J ] ． 煤矿机械， 2 O 0 4 。 2 5 2 6 66 8 ． [ 2 ] 王国强． 实用工程数值模拟技术及其在 A N S Y S上的实践[ M ] ． 西 安 西 e ． - r 业大学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 王立平． 用有限元法分析钻头寿命[ J ] ． 华中理工大学学报． 1 9 9 8 ． [ 4 ] 马宵 ． 基于 A N S Y S的旋 臂起重 机金属结 构 的应力分 析 [ J ] ． 煤 矿 机械。 2 0 0 4 。 25 2 6 3 6 5 ． 作者简介李静明 1 9 7 l 一 ， 江西萍乡人， 安徽理工大学教师， 从事机 电一体化教学与科研 工作 。 已发表论文数篇 ． 收稿 日期 2 o 0 5 1 2 3 1 本 刊 声 明 煤矿机械 月刊从2 0 0 6 年第 1 期开始， 以每 1 期为相应的期次、 卷期记录出版次序。1 9 8 0年创刊至今 已有 2 6年 ， 每年划为 1 卷 ， 2 0 0 6年为第 2 7卷。 1 9 8 0年 1 2 期 为第 1 卷 1 9 9 0年 1 1 2 期为第 1 1 卷 2 0 0 0年 1 1 2期为第 2 1 卷 1 9 8 1 年 1 6期为第 2卷 1 9 9 1 年 1 6期为第 1 2卷 2 0 0 1 年 1 1 2期为第 2 2卷 1 9 8 2年 1 6期为第 3卷 1 9 9 2年 1 6期为第 1 3 卷 2 0 0 2年 1 1 2期为第 2 3卷 1 9 8 3年 1 6期为第 4卷 1 9 9 3 年 1 6期为第 1 4卷 2 0 0 3年 1 1 2期为第 2 4卷 1 9 8 4年 1 ． ． 6期为第 5卷 1 9 9 4年 1 6期为第 1 5卷 2 0 0 4年 1 1 2期为第 2 5卷 1 9 8 5年 1 6期为第 6 卷 1 9 9 5年 1 6期为第 1 6卷 2 0 0 5年 1 1 2期为第 2 6 卷 1 9 8 6年 1 6期为第 7卷 1 9 9 6年 1 ～ 6期为第 1 7卷 2 0 0 6年 1 1 2期为第 2 7卷 1 9 8 7 年 1 6 期为第 8 卷 1 9 9 7 年 1 6 期为第 1 8 卷 文章参考文献以出版年、 卷、 1 9 8 8年 1 ． ． 6期为第 9 卷 1 9 9 8年 1 1 2期为第 1 9卷 期、 文章页码进行引用 。 1 9 8 9年 1 1 2期为第 l O卷 1 9 9 9年 1 1 2期为第 2 O卷 维普资讯