基于ANSYS對連桿的有限元分析

1、基于ANSYS對連桿的有限元分析連桿是汽車的重要零件一個輕而可靠的連桿在工作中將產生較小的慣性力.它有助于減減輕汽車軸承負荷及振動。然而.采用常規(guī)設計難以使連桿達到既輕又可靠的要求.傳統(tǒng)用解析法對連桿所受的應力和應變情況分析.解析誤差太大。木文采壓ANSY S有限元分析軟件.建立汽車連桿的有限元極型.加載求解.進行應力場分析.計算出連桿的最大應力、應變.利用ANSYS的有限元分析和計算機圖形學功能.顯示二維應力等值，面位移等值面。從而為連桿機構的優(yōu)化分析提供了充分的理論依據?；痉治鲞^程創(chuàng)建有限元模型汽車連桿的幾何模型如圖1所示:連桿厚度為12. 7 mm.在小頭孔內側90'范圍內承受

2、p = 6. 89MPa的而載荷的作用.其材料屬性為彈性模量F=2. 067e+ 11泊松比為0.3 圖1連桿的幾何模型 (1)創(chuàng)建有限元模型根據結構特征.采用實體建模。選用單元類型Solid95. Solid95是二維20節(jié)l從四而體結構實體單元.在保證精度的同時允許使用不規(guī)則的形狀.Solid95有相容的位移形狀適用于曲線邊界的建模。每個節(jié)l從有3個自由度:沿結點坐標X ,Y, Z方向的平動; Solid95有塑性、蠕變、應力強化、大變形和大應變的功能。采用ANSY S的前處理模塊進行建模工作。由于連桿的結構和載荷均對稱.因此分析時只采用一半進行分析.這不影響實際應力的分布;而且在建模前可

3、對計算模型進行合理簡化一些小的細節(jié)可不必在模型中體現.這不影響分析所要求的精度。這樣既節(jié)省了計算時間.又減少了存儲容量。在建模過程中.采用由底向上的建模方式.按照尺寸建立而后.采用延伸的方式生成體(共25個面)。使用自由網絡化命令.可利用實體模型線段長度、曲率自動進行最佳網絡化.在ANSYS中先對而進行劃分網格.生成2D網格.然后采用拖動生成3D網格(Operate/ Extrude) ,所得有限元模型單元數為492，節(jié)點數為2 501。 (2)約束條件和施加載荷邊界條件施加與工程實際是否吻合直接影響到分析結果的正確性、合理性。在實際工程中.汽車連桿的大頭孔是與軸承配合的.而小頭孔的90度范圍

4、內受到而壓力的作用。在ANSY S中選取18和19以及Y= 0的所有而施加對稱約束.在小孔的內表而23而上施加6. 89 MPa的而壓力，如圖2所示。 圖2施加約束與載荷(3)計算結果及分析在這一步.ANSY S將對自動劃分的每一單元的節(jié)l從進行計算.建立的方程很多.需要一定的時間.所得的結果很大。在結構分析完成后.可進入通用后處理器和時間歷程后處理器中瀏覽分析結果。圖3和圖4分別為汽車連桿的應力分布和位移分布圖。圖3節(jié)點應力分布圖圖4節(jié)點應變分布圖結果顯示.最大合位移出現在小孔內外表而.其值為0. 120 0. 135 mm;最大等效應力出現在小頭孔的內表而上其值為13.2 MPa。從圖中的

5、應力和位移等直線可以看出:(1)整個連桿結構的最大應力出現在小頭孔的承載區(qū)范圍內.其他部位受力情況較均勻。這與實際情況是相吻合的。(2最大變形出現在小軸孔表而而大孔的變形非常小。在實際的過程中.由于小孔是承載區(qū).它的變形相對較大。大孔遠離承載區(qū).受影響較弱。綜合上述分析.有限元模型的建立、分析結果是客觀的.較為真實地反映了連桿的受力情況。2結語 (1)用有限元分析法變連續(xù)結構為離散結構.取代了傳統(tǒng)的理論分析。通過ANSY S軟件可以比較精確地反映各點的受力情況.為連桿的結構優(yōu)化提供充分的理論數據。 ( 2)雖然在而載荷的作用所產生的等效應力遠小于其材料的許用拉應力和壓應力值(196 MPa).大軸孔的變形很小.但是小軸孔的變形量非常大.接近于許用的變形量.故其有剛度不足的缺陷.有必要對汽車連桿進行結構改進.以減輕重量、改善性能、節(jié)約成本。( 3)動態(tài)演示出連桿受力變形的過程,并可借助于幾后處理器繪出相應的變化曲線.使設計者清楚地掌握其變化規(guī)律和變化特性。參考文獻:1馬天兵.基于 ANSYS 的滾動軸承的有限元分析J.煤礦機械， 2004, 25( 2):66- 68. 2王國強.實用工程數值模擬技術及其在ASYS的實踐M.西 安:西北工業(yè)人學出版社，200