完整版（2022年）发动机重要零部件有限元分析_学士学位毕业论文.docx

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1、完整版（2022年）目录目录1摘要3Absract4引言5第一章绪论61.1 课题提出的意义61.2 国内外研究现状与发展81.2.1 汽车发动机零部件有限元网格生成技术81.2.2 曲柄连杆机构有限元发展趋势101.2.3 有限元法的发展趋势111.3 课题研究目标、研究内容111.3.1 研究目标111.3.2 研究内容12第二章有限元分析、Proe/E理论基础132.1 有限元法132.1.1 有限元法的一般程序结构132.2 有限元方法理论152.3 Pro/E软件简介162.3.1 实体模型172.3.2 单一数据库172.3.3 以特征作为设计的单位172.3.4 参数化设计17第

2、三章基于连杆，活塞特征的三维实体建模183.1 连杆183.1.1 连杆的特点分析183.1.2 连杆的建模思路183.1.3 连杆三维模型的建立183.1.4 技巧与提高1993.2 活塞203.2.1 活塞的特点分析203.2.2 活塞的建模思路203.2.3 活塞三维模型的建立203.2.4 技巧与提高21第4章零部件的静态有限元分析224.1 有限元分析软件的选择224.2 Pro/MECHANICA简介244.2.1 Pro/MECHANICA模块简介244.2.2 Pro/MECHANICA的工作模式244.2.3 使用Pro/MECHANIC加一般过程254.3 连杆的有限元分析

3、264.3.1 连杆有限元分析的内容264.3.2 定义杂项264.3.3 划分网格274.3.4 连杆的约束条件及受力条件294.3.5 压缩工况下的应力分析294.3.6 拉伸工况下的应力分析324.4 活塞的有限元分析354.4.1 几何模型的简化354.4.2 定义杂项364.4.3 设置活塞的约束条件及载荷364.4.4 划分网格374.4.5 活塞的结构分析384.4.6 应力分析结果394.4.7 疲劳分析42结论与展望44致谢46参考文献47发动机重要零部件有限元分析专业班级：J机械0803姓名：徐亚光指导老师：王霄职称：教授摘要作为生产柴油机的领军行业，为了提升行业的生产竞争

4、力，柴油机在设计上已经开展了计算机辅助工程的应用工作，本文研究的课题就来源于汽车实验室。本文进行了发动机重要零部件活塞，连杆的有限元。本文在有限元分析方面提供了有限元分析的输入载荷。本论文主要完成了以下工作：(I)利用Pro/E软件建立连杆，活塞的三维模型，进行模型简化，并在Pro/EMechanica中划分网格，约束材料，连接等条件得到有限元模型，包括模型选择及简化、单元选择、网格划分、选择工况、确定边界条件及确定载荷和约束施加等；对连杆在压缩工况下的静态应力分析，得到了与实际情况相符的应力云图，变形云图以及等值线应力分布图等；对连杆在拉伸工况下的静态分析，同时得到了其应力云图与变形云图。(

5、2)对活塞进行静态有限元分析研究。通过分析活塞受力情况，使用ProZmechanic软件对活塞进行结构分析，得到其应力云图二等值线分布云图及其变形云图并对寿命进行校核二分别得到了活塞的疲劳寿命云图和安全因素图。本文用Pro/E对连杆，活塞在静态工况下的极限位置进行了简单的分析，对今后发动机连杆，活塞的应力，疲劳计算有一定的参考价值。关键词：连杆活塞静态分析有限元分析结构分析FiniteelementanalysisoftheimportantpartsoftheengineAbstractLeaderintheindustryasaproductiondieselengine,inordert

6、oenhancethecompetitivenessoftheindustrysproduction,thedieselenginedesignhasbeencarriedoutcomputer-aidedengineeringapplications,thesubjectofthisstudycomesfromtheautomotivelaboratory.Wereimportantpartsoftheenginepiston,connectingrodoffiniteelement.Inthispaper,thefiniteelementanalysis,finiteelementanal

7、ysisoftheinputload.Inthisthesis,completedthefollowingwork:(1) Theestablishmentoftheconnectingrod,pistonofthree-dimensionalmodel,usingPro/Esoftwareformodelsimplification,finiteelementmodelandtheconditionsofthePro/E1theMechanicsinthemeshlconstraints,materials,connections,includingmodelselectionandsimp

8、lificationofunitSelectthemesh,selecttheoperatingmode,todeterminetheboundaryconditionsandtodeterminetheloadsandconstraintsimposed,etc.;rodincompressionconditionsofstaticstressanalysis,havebeenconsistentwiththeactualsituationofstressclouddeformationcloudimagesandcontourstressdistribution,etc.;Statican

9、alysisoftheconnectingrodinthestretchcondition,whileitsstressclouddeformationcloudimages.(2) Staticfiniteelementanalysisofthepiston.Byanalyzingthepistonforce,usingPro/themechanicsoftwareforstructuralanalysisofpistonstresscloudcontourcontours,itsdeformationcloudimages,andthelifecheck,wereobtainedbythe

10、cloudimagesofthefatiguelifeandsafetyofthepistonspeakfactormap.Pro/Eandtheconnectingrod,pistonlimitpositionofthestaticconditions,asimpleanalysisoffutureengineconnectingrodandpistonstress,fatigue,thereissomereferencevalue.Keywords: Link Piston Staticanalysis FiniteElement Analysis StructuralAnalysis引言

11、计算机技术的发展推动了产品设计的多样化。企业只有不断保持产品创新，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。CAD/CAM技术是实现创新的关键手段，而CAE是实现创新设计的最主要技术保障。在计算机技术迅猛发展的今天，要求企业把产品设计与三维仿真及有限元分析系统有效的结合起来，以达到制造业高效、低成本、自动化的市场要求。在柴油机的曲柄连杆机构中，连杆，活塞工作的可靠性问题一直是人们在柴油机研究和改进过程中关注的热点问题。在动力系统中，连杆是承受负荷最严重的零件之一，在高温高压的工作环境中，同时承受着活塞传来的气体压力、往复惯性力和它本身摆动时所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，很容易引

12、起连杆的疲劳破坏。因而设计重量轻而且具有足够强度的连杆对现代柴油机设计有着举足轻重的作用。以Pro/E为设计工具、以Pro/MECHANIC的分析平台，对柴油机连杆，活塞进行结构分析及其性能优化设计。在Pro/E中，分析了连杆，活塞的结构特点，总结出连杆设计中的主要结构特征，将基于特征的建模技术应用于连杆有限元分析中，讨论了连杆建模方法，建立了连杆三维实体分析模型。以Pro/MECHANIC的分析平台，运用有限元分析方法，对柴油机连杆，活塞实际受力情况、边界条件和施加载荷进行研究。通过分析计算，确定了连杆的拉伸与压缩载荷最大应力与活塞的标准汽缸压力。其中，用结构(StrUetUre)分析工具对

13、连杆优化参数进行灵敏度分析，在满足优化约束的条件下，对连杆的结构进行优化设计，从而有效地解决了在实际工况下由于应力集中导致连杆断裂破坏的这一主要问题。通过计算分析，分析活塞的应力和疲劳强度。将有限元技术与结构优化设计相结合，在连杆最大工作应力满足许用应力的条件下，优化连杆结构参数，达到目标函数一质量最小。结果表明设计较精确，能满足柴油机连杆的实际工况要求O第一章绪论1.1课题提出的意义随着时代的发展，现代的发动机无论是结构还是性能，都较以往有了很大的飞跃。科技进步不仅推动了发动机行业的发展，还同时对它提出了更加严格的要求。现代发动机的强化指标逐渐提高，燃烧的高效低污染、使用的稳定安全、整机寿命

14、的延长等等技术要求不断督促着发动机行业加大研究力度和深度。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，经过迄今约半个世纪的发展，它己日趋成熟实用，在近乎所有的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。近几年来，随着计算机软硬件水平的提高，汽车发动机零部件有限元技术又取得了许多新的进展。一直以来传统的生产模式在我国占据着主要的地位，传统的机械设计

15、周期长，大量依赖经验，特别在设计过程中有很多是要工程师大量的计算工作，包括校核强度、估算失效等。这些无疑都会延长生产周期，在竞争上得不到提高。随着计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工程（CAE）,还有计算机辅助制造（CAM、计算机辅助工艺（CAPF）的不断发展，机械制造业也开始了一场革命性的改变。图1.1现代制造流程Fig.1.1modernmechanicalflow不仅在设计上在模具开发上，在设计合理上也有着很大的贡献。计算机辅助制造的推广使用对我国的制造业提升竞争力有着巨大的推动作用。那么整个现代化设计过程中的CAE即计算机辅助工程有着重要的地位。由图我们可以简单看出，CAE在设计过程中是承上启下，决定产品合理性与否能否投产的关键，也说明了CAE的普遍应用是有着实际的价值的。现代新品设计和开发所面临的挑战越来越多，产品设计越来越复杂，应用的先进技术越来越多，对产品的功能和性能的要求越来越高，而与此同时，产品的生命周期在不断缩短，这就要求我们必须在最短的时间内开发出性能最优异的产品。有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。由于它的通用性和有效