ansys汽車活塞的分析
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys汽車活塞的分析的視頻教程
ansys汽車活塞的分析的實例教程
ANSYS-workbench是ANSYS公司目前主推的有限元平臺，相比經(jīng)典界面APDL優(yōu)點眾多，能解決目前出現(xiàn)的各種仿真問題，該平臺提供了強大的功能和較好的用戶界面，包括集成的項目視圖和無縫集成的參數(shù)管理，可以采用拖拽的方式完成多物理場的分析流程，并且在前處理方面優(yōu)秀于其它有限元軟件。該仿真平臺設置簡單，推動了仿真產(chǎn)品的設計。本文采用的是顯式動力學分析的模塊（Explict dynamic(LS-Dyna)。
LS-Dyna是非線性顯式分析的常用有限元軟件，具有很強的通用分析能力，能完美解決各種接觸沖擊爆炸等復雜的動力學問題，有限元程序的求解問題由LS-Dyna求解器完成。目前LS-Dyna的分析和求解功能已經(jīng)非常強大，可以進行動力學，靜力學，結構-流體耦合，電磁場，溫度場，耦合場等分析，功能齊全且應用領域廣泛，可用于研究嚙合、接觸等沖擊問題的影響。本文采ANSYS-workbench和LS-Dyna軟件對鑿巖機沖擊系統(tǒng)進行有限元數(shù)值模擬，利用Ansys-workbench進行前處理，生成LS-Dyna程序關鍵字（keyword）文件或稱為K文件，然后調用Ansys Product launch中的LS-DYNA SOLVER求解器對K文件進行求解，生成對D3plot結果文件，并運用LS-PREPOST后處理器對結果文件進行查看。
1.1 有限元分析流程
（1）基于SolidWorks軟件進行三維建模。
（2）基于ANSYS-workbench平臺下的mesh進行沖擊系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分。
（3）基于ANSYS-workbench平臺下的explict dynamic（LS-Dyna）模塊添加沖擊系統(tǒng)分析的邊界條件等。
（4）使用 UltraEdit 修改和添加 K文件的關鍵字。
展開 潛孔沖擊器工作原理:活塞上下運動，下行時沖擊鉆頭尾部，鉆頭頭部合金齒與巖石接觸，傳遞壓力至巖石，巖石被擠壓產(chǎn)生裂紋，鉆頭在鉆機帶動下旋轉，旋轉中有裂紋的巖石被切削下來。工作中活塞工作頻率很高，常出現(xiàn)早期斷裂，設計潛孔沖擊器時，大家對活塞的設計和制造倍加關注，進行沖擊器的活塞與鉆頭動力分析非常必要。
然而、活塞、鉆頭和巖石之間是沖擊波，沖擊應力計算很復雜，精確度不高，Ls-Dyna的出現(xiàn)給沖擊器的活塞與鉆頭動力分析帶來了方便，通過分析對活塞的設計和制造提供了理論依椐。
Ls-Dyna是功能齊全的幾何非線性、材料非線性以及摩擦和接觸分離等界面狀態(tài)的非線性程序，凡是涉及接觸碰撞、爆炸、穿甲、應力波傳播和金屬加工等問題都可以求解，
Ansys中綜合了Ls-Dyna。
Ansys/Ls-Dyna計算更為方便和精確。
進行活塞與鉆頭動力分析簡述如下:要有:活塞尺寸;鉆頭尺寸;巖石塊尺寸，活塞速度。
計算時使用APDL程序文件，該文件操作者自己編制。關鍵是編制APDL程序文件，完成編制則完成大部分工作量，其他工作由Ansys/Ls-Dyna軟件完成。
整體計算過程:
一.APDL文件:編制情況簡述:
有限元計算要有數(shù)學、力學、有限元理論、工程科學、軟件操作和工程經(jīng)驗，必須對整個計算過程細節(jié)進行詳細考察，對軟件的適用范圍、計算精度、有限元模型的網(wǎng)絡劃分精度、材料參數(shù)、邊界條件及初始條件搞準、否則可能出錯，濫用是危險的做法，會得出錯誤的結果。
步驟如下:
1.定義工程名稱屬性和采用國際單位制。
2.定義單元類型、材料與實常數(shù):
(1).活塞、鉆頭、巖石的單元類型都為SOLID164
.
(2).輸入活塞、鉆頭、巖石的材料參數(shù):彈性模數(shù)、密度、泊松比。
3.建立實體模型，將實體模型剖成為1/4計算。
展開 汽車活塞好比汽車發(fā)動機的中樞部位，在發(fā)動機啟動時候占了極其重要的地位。汽車活塞是用來承受氣體壓力，并通過活塞銷讓連桿驅使曲軸旋轉，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。而一般的汽車活塞分為:柴油機活塞、汽油機活塞、通用型活塞三大類。
概述
近年來，由于發(fā)動機強化程度的不斷提高，發(fā)動機的轉速、平均有效壓力和活塞平均速度都較以前有了大幅度的提高，因此發(fā)動機的熱負荷和機械負荷都增加了。而活塞由于在發(fā)動機中的重要作用，在設計和制造方面也有了很大的改變和提高，這樣才能滿足現(xiàn)實社會高要求的排放標準。
一、活塞高度活塞
活塞的高度正在逐漸縮短，活塞直徑許多已大于活塞高度;壓縮高度也不斷縮短，活塞上的這些改變，縮短了機體和整機的高度，提高了機體和整機的剛性，減小了發(fā)動機體積、重量、金屬消耗量和成本，而且減小了往復運動質量、慣性力和主軸承負荷。另外，活塞高度縮短以后，活塞組重量也可減輕。發(fā)動機各活塞組總重量一般占整機重量的1.2~3.0%。
二、活塞環(huán)數(shù)
近年來，為了減少摩擦功，提高機械效率，減小環(huán)區(qū)高度從而縮短活塞壓縮高和總高度，活塞環(huán)數(shù)日趨減少。從三十年代的5~6道環(huán)槽發(fā)展到2~3道環(huán)槽。研究發(fā)現(xiàn)，壓縮環(huán)多于一道是沒有必要的，因為一旦上道壓縮環(huán)失效，其它的壓縮環(huán)就不能密封燃燒室的氣體，使之不漏入曲軸箱，也不能控制機油沿汽缸壁向上竄入燃燒室。所以與其增加活塞環(huán)數(shù)，還不如采取措施提高活塞環(huán)的使用性能，用一道壓縮環(huán)和兩道油環(huán)槽來確保完成密封燃氣和控制機油的作用。
三、火力岸
火力岸高度有適當加高的趨勢，特別是燃燒室布置在活塞頂內的半分開式燃燒室柴油機。為防止頂環(huán)積炭和膠粘，又要求第一環(huán)槽溫度不能過高，為此，除采用環(huán)槽鑲圈外，火力岸有放長的趨勢，而且強化程度越高這種趨勢越明顯。
展開 摘要：活塞作為發(fā)動機動力單元的主要組成部分，在動力傳輸中處于關鍵核心位置。其結構強度，理論相對疲勞壽命直接影響發(fā)動機整體的壽命，對其進行有限元分析與結構優(yōu)化有著十分重要的現(xiàn)實意義。在以往的有限元分析中，大多只對單個活塞進行有限元分析，而并沒有考慮整個動力單元之間的相互影響，本文運用Altair HyperWorks的強大前處理軟件HyperMesh建立了活塞，活塞銷，連桿整體模型，并對其進行了熱固耦合分析以及疲勞壽命分析，采用 HyperView對分析結果進行可視化處理。在此基礎上，運用Morph對結構進行了合理的優(yōu)化，取得了良好的結果。
關鍵詞：Altair HyperWorks,發(fā)動機,活塞,結構優(yōu)化,疲勞壽命
1 引言
發(fā)動機動力單元主要包括缸套，活塞，活塞環(huán)，活塞銷，連桿等零件，如圖1所示。活塞作為動力單元的關鍵零部件，工作環(huán)境惡劣，受載復雜，其失效將會導致整個發(fā)動機系統(tǒng)的失效。因此，本文以內燃機活塞作為研究對象，對其進行結構強度分析具有十分重要的現(xiàn)實意義。在活塞溫度計算過程中，充分利用試驗分析數(shù)據(jù)，計算出了活塞的準確溫度分布。在此基礎上，將活塞所受的熱應力與機械應力相結合，得到了準確的活塞應力分布。在疲勞分析的基礎上，運用Altair HyperWorks的Morph工具進行了結構優(yōu)化。在分析計算過程中，HyperWorks作為一款先進的計算機輔助分析軟件，在設計研發(fā)中發(fā)揮了重要的作用。
本文擬采用圖 2 所示的有限元分析流程。
2 動力單元（PCU）的有限元分析
2.1 有限元分析模型的建立
為了得到高質量的網(wǎng)格，有必要對模型進行一些幾何清理。本文以HyperMesh作為有限元分析前處理軟件，對導入的模型進行幾何處理。
展開 活塞熱傳遞分析.rar
1.背景
當物體與周圍環(huán)境存在溫差時，熱量就會從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞，這就是熱傳遞現(xiàn)象。熱傳遞分析可以分為穩(wěn)態(tài)熱傳遞分析和瞬態(tài)熱傳遞分析。通過MeshFree對活塞進行了熱傳遞分析。
2.參數(shù)設置
分析類型選擇熱傳遞，導入piston.X_T文件，穩(wěn)定狀態(tài)是指物體和周圍環(huán)境處于相同溫度。在這種狀態(tài)下，引起傳熱的條件、傳熱速率和溫度分布是均勻的，并且不隨時間變化。非線性穩(wěn)態(tài)傳熱分析是一種分析穩(wěn)態(tài)傳熱和溫度分布的方法。在這種情況下，輸入材料參數(shù)和邊界條件是與溫度相關的。
2.1固定溫度設置
固定溫度指定一個不變的溫度值，適用于溫度已知的地方。固定溫度屬于傳熱分析中的邊界條件。指定固定溫度的部件，溫度總是不變的。
2.2對流設置
固體表面與周圍流體之間的熱交換，屬于傳熱分析中的邊界條件，用對流換熱系數(shù)來表示。
3.結果查看
溫度
溫度梯度結果
熱流量結果
展開 
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結構系統(tǒng)
概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結構影響。本文檔使用 Ansys 材料設計器展示四種不同類型的微觀結構及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結構、體心立方顆粒結構、金剛石晶格結構和編織結構。
目標
理解微觀結構與宏觀尺度材料性能之間的關系
步驟
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1. 打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建一個“材料設計器”組件。檢查單位。
2.
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概述
O型圈在密封應用中得到了廣泛使用。本模型采用軸對稱方法對O型圈的密封過程進行模擬。
目標
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步驟
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2、定義超彈性材料。
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今日16:00，Ansys官方『Ansys Zemax公差分析功能解析』研討會將介紹Ansys Zemax 公差分析新工具 NEST，并完整解析 Zemax 公差分析的核心流程。感興趣的下滑預約學習??
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2. Zemax公差分析流程介紹
講師：
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