四缸發(fā)動機曲軸的CATIA建模即ANSYS模態(tài)分析

1、 目錄1.緒論21.1研究背景21.2研究內(nèi)容21.3所用軟件的介紹22曲軸的CATIA三維建模32.1.創(chuàng)建第一平衡重32.2創(chuàng)建第一曲拐及第二平衡重42.3創(chuàng)建第二軸頸及第三平衡重62.4創(chuàng)建第二曲拐及第四平衡重82.5通過鏡像創(chuàng)建四缸發(fā)動機的全部曲拐及平衡重102.6創(chuàng)建曲軸前端特征112.7創(chuàng)建曲軸后端特征192.8 完成曲軸的完整模型，并保存223.曲軸的ANSYS有限元分析233.1 CATIA文件導入ANSYS并顯示實體233.2網(wǎng)格劃分及添加約束233.3進行模態(tài)分析前處理243.4開始進行模態(tài)分析.253.5進行擴展模態(tài)分析.263.6結(jié)果分析.354.結(jié)論. 35參考文獻.

2、36 1.緒論1.1研究背景1.2研究內(nèi)容 某曲軸的有限元分析或模態(tài)分析，用catia軟件進行三維實體建模，然后生成的實體導入有限元分析軟件Ansys中進行曲軸的強度分析和模態(tài)分析。1.3所用軟件的介紹(1)CATIA軟件：CATIA是法國達索飛機公司開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件。目前在中國由IBM公司代理銷售。CATIA軟件以其強大的曲面設計功能而在飛機、汽車、輪船等設計領(lǐng)域享有很高的聲譽。CATIA的曲面造型功能體現(xiàn)在它提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數(shù)能達到15，能滿足特殊行業(yè)對曲面光滑性的苛刻要求。而我們現(xiàn)在所用到的CATIA的功

3、能是三維實體建模！(2)Ansys軟件： ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、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。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAD工具之一。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場

4、分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 2曲軸的CATIA三維建模 打開CATIA軟件，新建一零件圖，即“part”模式。進行零件建模程序。2.1 創(chuàng)建第1平衡重（1）選取XY平面為草圖參考平面，然后單擊工具欄中的“草圖”圖標，進入草圖繪制模式。（2）用工具欄上的“圓”命令，以原點為圓心，繪制直徑為“42”的圓。 圖 2-1（3）退出“草圖”將

5、該面拉伸成厚為“21”柱體。單擊生成的柱體的一圓截面，進入“草圖”模式，繪制平衡重的草圖形狀。圖2-2（4）退出草圖，完成對新建明面形狀的拉伸。生成平衡重的三維模型。厚度為19 圖2-32.2創(chuàng)建第一曲拐及第二平衡重（1）單擊新生成的實體的另一表面，并進入“草圖”模式，繪制曲拐的草圖。 圖2-4（2）退出“草圖”編輯，拉伸曲拐實體。圖2-5（3）單擊曲拐的另一端面，進入“草圖”編輯。繪制第二平衡重。圖2-6（4）退出 草圖，用“凸臺”命令拉伸生成實體。厚為19圖2-72.3創(chuàng)建第二軸頸及第三平衡重（1）單擊新實體的另一端面，進入“草圖”命令。繪制第二段軸頸。圖2-8（2）退出草圖，拉伸實體。厚

6、為21圖2-9（3）單擊新生成軸頸的另一端面，進入草圖編輯。繪制新的實體的草圖。圖2-10（4）退出草圖，拉伸生成新實體。 圖2-11 2.4創(chuàng)建第二曲拐及第四平衡重（1）單擊第三平衡重的另一端面，進入草圖繪制。繪制第二曲拐的草圖后，退出草圖，進行拉伸，生成曲拐實體后，單擊其另一端面進入草圖繪制，繪制第四平衡重的草圖，然后，退出，拉伸出實體。圖2-12圖2-132.5通過鏡像創(chuàng)建四缸發(fā)動機曲軸的全部曲拐，平衡重（1）對以上步驟所生成的實體進行鏡像，鏡像的對稱面選為第一軸頸的第一端面。圖2-14圖2-152.6創(chuàng)建曲軸前端特征（1） 單擊新生成的完整曲軸的一端，繼續(xù)創(chuàng)建軸頸。在軸頸的另一端面后，

7、創(chuàng)建新的實體。圖2-16圖2-17（2）對新生成的實體進行細節(jié)處理。選擇YZ平面，進入草圖繪制，利用“投影三維元素”，“弧”，“直線”等命令繪制草圖。圖2-18（3）退出草圖模式，利用工具欄上的“旋轉(zhuǎn)槽”命令，選擇合適的修剪方向，生成所要的實體。圖2-19（4）選擇YZ平面，進入草圖繪制模式，利用“投影三維元素”，“直線”命令，繪制螺紋的草圖圖2-20（5）退出草圖，利用“旋轉(zhuǎn)槽”命令，選擇合適的方向，完成螺紋的創(chuàng)建。圖2-21（6）在新生成的實體的表面進行掏階梯孔的操作。圖2-22圖2-23圖2-24圖2-25（7）在端面上創(chuàng)建圓周排列的六個小孔，相間角度為60。先由端面繪制草圖。后退出草圖

8、，完成一個小孔的實體化。用“凹槽”命令。圖2-26圖2-27（8）用“圓形陣列”命令，將小孔陣列為六個。圖2-28圖2-292.7創(chuàng)建曲軸后端特征（1）在曲軸的后端端面，進入“繪制草圖”繪制軸頸的草圖，后拉伸為實體。圖2-30（2）在曲軸后端，創(chuàng)建帶有鍵槽的一小段軸。圖2-31圖2-32（3）利用“平面”命令，創(chuàng)建新的平面。圖2-33（4）在新的平面上繪制草圖圖2-34（5）退出草圖，用“凹槽”命令，選擇正確的方向，生成實體凹槽。圖2-35（6）在最后的端面，生成一孔。繪制草圖，并由“凹槽”命令生成實體。圖2-36圖2-372.8完成曲軸的完整模型，并保存。圖2-383曲軸的ANSYS有限元分

9、析3.1 CATIA文件導入ANSYS并顯示實體（1）將CATIA文件保存為“model”格式。（2）由于版本之間的差異，在運行ANSYS之前，須將系統(tǒng)的時間改為2010年。點擊FileImportCATIA,選擇保存的“model”文件，打開。（3）依次選擇PlotCtrlsStyleSolidModelFacetsFine（4）依次選擇PlotVolumes，生成實體。圖3-13.2 網(wǎng)格劃分及添加約束（1）定義材料的屬性。定義網(wǎng)格類型為Solid Tetnode187（2）定義彈性模量 E=2.06e11 ，泊松比 =0.3，密度=7.9e3。（3）選擇自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格間距為“smar

10、tsize,10.”對實體進行網(wǎng)格劃分。（4）選擇曲軸的兩端軸面，加載全約束。3.3 進行模態(tài)分析前處理（1）模態(tài)分析前處理。SolutionAnalysis TypeNew AnalysisModel圖3-2（2）在Analysis Option 中，選擇算法，選擇“Block Lanzcons”,選擇10階矩陣運算。圖3-3（3）在算法選項中選擇截止頻率為“”圖3-43.4 開始進行模態(tài)分析（1）依次選擇“SolutionsolveCurrent LS。跳過步驟中警告，觀察運行代碼，并等待運算結(jié)束。圖3-5（2）待出現(xiàn)“Solution done”提示，點擊“Close”。依次點擊“Gen

11、eral PostprocResults Summary”出現(xiàn)計算的結(jié)果，即曲軸的固有頻率。 圖3-63,5 進行擴展模態(tài)分析（1） 依次選擇“SolutionLoad step optsExpansionPassSingle ExpandExpand Model”進行設置。圖3-7（2） 選擇每步操作都進行到每個子空間（Substep）圖3-8圖3-9（3） 再次進行運算，步驟同第一次運算。圖3-10圖3-11（4）查看各種振型，依次選擇“General PostprocRead ResultFirst Set”Plot ResultContour PlotNodal Solu。十種振型列在下面，每查看一種振型，要選擇“Next Set”圖3-12圖3-13圖3-14圖3-15圖3-16圖3-17圖3-18圖3-19圖3-20圖3-21圖3-22圖3-233.6 結(jié)果分析由各振型圖，可知，最大的形變?yōu)?.292e-4，各頻率見列表。圖3-244結(jié)論（1）基于C