我的開題報(bào)告表

南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：汽油機(jī)曲軸有限元分析專業(yè)：車輛工程（汽車技術(shù)）班級(jí)：汽車技術(shù)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2014年3月說明1．根據(jù)南京工程學(xué)院《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告》，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2．開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3．畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4．本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個(gè)人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報(bào)告按不合格論。5．開題報(bào)告檢查原則上在第2～4周完成，各院系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報(bào)告。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)車輛工程（汽車技術(shù)）指導(dǎo)教師職稱講師所在院系汽車與軌道交通學(xué)院課題來源自擬課題課題性質(zhì)工程技術(shù)研究課題名稱汽油機(jī)曲軸有限元分析畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義

采用SolidWorks和ANSYS軟件對(duì)汽油機(jī)曲軸進(jìn)行建模和有限元分析畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：1.對(duì)曲軸進(jìn)行三維建模2.掌握基于ANSYS軟件的有限元的分析方法3.對(duì)曲軸進(jìn)行有限元受力分析本課題對(duì)有限元的分析及其應(yīng)用進(jìn)行了研究，如今有限元法成為一種應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。研究意義如下：1有限元法不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，解決了很多實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解的問題。2有限元法近似性僅限于相對(duì)小的子區(qū)域中，且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，克服了其他近似方法的弊端。3有限元軟件是分析各種結(jié)構(gòu)問題的強(qiáng)有力的工具，能為曲軸的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供理論依據(jù)。4有限元法在曲軸靜力分析，強(qiáng)度分析，模態(tài)分析等方面做出重要貢獻(xiàn)，方便了相關(guān)行業(yè)的計(jì)算過程，簡(jiǎn)化了操作。文獻(xiàn)綜述1有限元法的基本簡(jiǎn)介有限元法是隨著的電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的一種彈性力學(xué)問題的數(shù)值求解方法，它起源于固體力學(xué)，應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的靜，動(dòng)態(tài)特性分析中，用以求解結(jié)構(gòu)的變形，應(yīng)力等。由于這種方法有效可靠，有限元法的分析對(duì)象開始從線性問題擴(kuò)展到非線性問題，從彈性材料擴(kuò)展到塑型，粘彈性和復(fù)合材料，從連續(xù)體擴(kuò)展到非連續(xù)體，應(yīng)用也逐步擴(kuò)展到流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)、電磁學(xué)、聲學(xué)、生物力學(xué)等不同領(lǐng)域。其基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個(gè)容易分析的單元來表示復(fù)雜的單元。應(yīng)用特點(diǎn)如下：對(duì)于復(fù)雜幾何構(gòu)型的適應(yīng)性，對(duì)于各種物理問題的可能應(yīng)用性，建立于嚴(yán)格理論基礎(chǔ)上的可靠性，適合計(jì)算機(jī)的高效性[1]。2有限元法的發(fā)展歷程有限元發(fā)展經(jīng)歷了提出、發(fā)展和完善這三個(gè)階段。第一階段：1943年，Courant[2]發(fā)表的《平衡和振動(dòng)問題的變分解法》開始涉及有限元的概念，標(biāo)志著有限元法的誕生。第二階段：1944年至1960年，有限元進(jìn)入發(fā)展階段。1956年，M.J.Turner等人在分析飛機(jī)機(jī)翼主梁結(jié)構(gòu)時(shí),提出了平面三角形單元的概念，并導(dǎo)出了其單元?jiǎng)偠染仃?發(fā)展成矩陣位移法[2]。1960年，Clough的平面彈性論文中第一次用“有限元法”這個(gè)名稱，使人們更清楚地認(rèn)識(shí)到有限元法的特性和功能。第三階段：1961年至二十世紀(jì)九十年代是有限元法的完善階段。馮康在1965年發(fā)表了《基于變分原理的差分格式》，這篇論文是國際學(xué)術(shù)界承認(rèn)我國獨(dú)立發(fā)展有限元方法的主要依據(jù)。70年代以來，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有限元理論和應(yīng)用研究也隨之活躍起來。3曲軸的發(fā)展隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷發(fā)展和完善，作為其關(guān)鍵零件的曲軸，其選材、加工工藝也需要不斷改進(jìn)和發(fā)展。首先，曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中承受沖擊載荷和慣性力，傳遞動(dòng)力，其上各部分易產(chǎn)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓等交變應(yīng)力[3]。所以要求曲軸材料具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。在二戰(zhàn)之前，國外都是采用合金鋼鍛造曲軸，到了二十世紀(jì)五十年代才開始使用球墨鑄鐵，球墨鑄鐵具有耐磨性好，成本低廉等特點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，一些新型材料如等溫淬火球鐵和非調(diào)制鋼等被大量生產(chǎn)并且使用，各項(xiàng)性能指標(biāo)越來越好。其次，曲軸加工的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。于是各國對(duì)曲軸的加工工藝都非常重視，傳統(tǒng)的多刀車削和手工磨削工藝存在效率低，加工精度低等問題。到了二十世紀(jì)八十年代后期，國外曲軸復(fù)合加工技術(shù)就慢慢發(fā)展起來。該技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝的不足。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國高速、高精、高效的復(fù)合加工技術(shù)及裝備在汽車曲軸制造業(yè)中得到了迅速的應(yīng)用，生產(chǎn)效率得到了很大提高[4]。4有限元法和傳統(tǒng)方法在曲軸研究中的比較曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要，承載最復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)件之一，對(duì)曲軸的各方面分析，如應(yīng)力分析、強(qiáng)度分析、模態(tài)分析[5]等一直受到研究者的重視。就拿曲軸強(qiáng)度分析來說，早期曲軸強(qiáng)度研究方法主要是簡(jiǎn)支梁法，該方法就是把曲軸分成若干個(gè)曲拐，每一個(gè)曲拐都可以看作是一簡(jiǎn)支梁。隨后又出現(xiàn)了連續(xù)梁法，把曲軸簡(jiǎn)化成多支承的靜不定連續(xù)梁來進(jìn)行求解。在曲軸中，軸頸與曲柄的過渡圓角處常存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象[6]。傳統(tǒng)方法一般是通過試驗(yàn)方法研究來確定應(yīng)力集中系數(shù)，提出的應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算公式都是經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式，使用時(shí)必須注意其適用的參數(shù)范圍，試驗(yàn)條件以及應(yīng)用場(chǎng)合，否則可能有很大誤差。除此之外，它們沒有考慮到過渡圓角處三維形狀的影響，因此不能用于精確計(jì)算。有限元法的應(yīng)用，為準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)用集中系數(shù)提供了可能。經(jīng)研究表明，具有相同載荷和邊界條件的二維和三維分析所得的應(yīng)力集中系數(shù)值相近，為節(jié)省時(shí)間，可利用曲軸平面模型獲得系數(shù)。有限元法在一定程度上克服了傳統(tǒng)方法具有一定的不確定性的弊端，為曲軸研究的精確性提供了保障。5有限元軟件在曲軸中的應(yīng)用馬迅等人[7]在曲軸的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化中曾提到隨著內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展與強(qiáng)化，曲軸的工作條件愈加苛刻。所以很有必要對(duì)曲軸各部件進(jìn)行改進(jìn)和完善，而有限元軟件就是分析各種結(jié)構(gòu)問題的強(qiáng)有力的工具，可方便地對(duì)曲軸進(jìn)行分析,并且為曲軸的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供理論依據(jù)。在曲軸研究中常用到的兩種有限元軟件：ANSYS、ABAQUS。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件[8]。目前ANSYS在國內(nèi)應(yīng)用最廣，客戶成熟度最高，尤其是在高?？蒲蓄I(lǐng)域。[9]ANSYS軟件在曲軸研究中常用于應(yīng)力分析，并且該軟件有很強(qiáng)的接觸分析能力，常通過對(duì)曲軸進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和邊界條件的施加，來分析其靜應(yīng)力分布情況，并在此基礎(chǔ)上完成曲軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。也可通過該軟件對(duì)曲軸進(jìn)行模態(tài)分析，曲軸的模態(tài)頻率能夠用來預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件之間的動(dòng)態(tài)干擾的可能性[10]。這樣為曲軸的設(shè)計(jì)，改進(jìn)提供了必要的參考。在對(duì)BN492曲軸有限元研究中[11]，在三維建模后就是使用ANSYS軟件對(duì)曲軸單拐模型進(jìn)行應(yīng)力和位移的靜力分析，然后找出危險(xiǎn)點(diǎn)所在，計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù)，固有頻率及振形的。由此可見，該軟件在曲軸研究及其發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中有著重要的指導(dǎo)意義。ABAQUS軟件一套先進(jìn)的通用有限元系統(tǒng)，屬于高端CAE軟件，其強(qiáng)大的非線性分析功能在設(shè)計(jì)和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認(rèn)可。ABAQUS軟件多用于曲軸的強(qiáng)度分析中，就曲軸疲勞強(qiáng)度分析來說，常利用ABAQUS軟件建立一個(gè)包含曲軸的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，再通過采用不同的加載方法模擬曲軸的實(shí)際工作狀態(tài)，將獲得的有限元計(jì)算結(jié)果與曲軸疲勞彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，從而對(duì)曲軸設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。由于曲軸的邊界條件比較復(fù)雜，所以必須考慮接觸與非線性問題，普通通用軟件沒有這方面的功能，ABAQUS很好的為我們解決了這一非線性問題，使得計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。相比之下，兩種軟件各有優(yōu)勢(shì)，ANSYS軟件在線性分析的用戶中享有很好的聲譽(yù)，ABAQUS軟件在復(fù)雜和深入的非線性的用戶中享有良好聲譽(yù)[12]，價(jià)格方面也相差不大。6總結(jié)分析近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和科學(xué)的發(fā)展，有限元方法已經(jīng)越來越完善。有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題的有效途徑[13]。它憑著費(fèi)用低、縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間、設(shè)計(jì)可靠以及能預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在問題等優(yōu)點(diǎn)在各領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)使設(shè)計(jì)水平有了質(zhì)的飛躍?？v觀如今CAE軟件的發(fā)展，不難看出有限元軟件的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是與CAD軟件的無縫集成以及更為強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)處理能力，分析對(duì)象也從線性問題慢慢發(fā)展到非線性問題。相信在不久的將來，有限元技術(shù)將更全面，更能滿足用戶不斷增長的需求。參考文獻(xiàn)[1]魯建霞,茍惠芳.有限元法的基本思想與發(fā)展過程[J].機(jī)械管理開發(fā),2009,24(2):74-75[2]張永剛.有限元法發(fā)展及其應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007，17(11):178-179[3]李海國,陸俊峰.發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料及其發(fā)展[J].汽車工藝與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