ansys汽車活塞的分析的案例
基于Ansys-workbench/LS-Dyna 的活塞沖擊動力學分析
ANSYS-workbench是ANSYS公司目前主推的有限元平臺，相比經典界面APDL優點眾多，能解決目前出現的各種仿真問題，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秀于其它有限元軟件。該仿真平臺設置簡單，推動了仿真產品的設計。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進行有限元數值模擬，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進行沖擊系統的網格劃分。
（3）基于ANSYS-workbench平臺下的explict dynamic（LS-Dyna）模塊添加沖擊系統分析的邊界條件等。
（4）使用 UltraEdit 修改和添加 K文件的關鍵字。
展開 Ansys/Ls-Dyna進行沖擊器活塞撞擊鉆頭的動力分析
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:
有限元計算要有數學、力學、有限元理論、工程科學、軟件操作和工程經驗，必須對整個計算過程細節進行詳細考察，對軟件的適用范圍、計算精度、有限元模型的網絡劃分精度、材料參數、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:
(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:彈性模數、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 【汽車活塞知識】
汽車活塞好比汽車發動機的中樞部位，在發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，由于發動機強化程度的不斷提高，發動機的轉速、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，因此發動機的熱負荷和機械負荷都增加了。而活塞由于在發動機中的重要作用，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、活塞環數
近年來，為了減少摩擦功，提高機械效率，減小環區高度從而縮短活塞壓縮高和總高度，活塞環數日趨減少。從三十年代的5~6道環槽發展到2~3道環槽。研究發現，壓縮環多于一道是沒有必要的，因為一旦上道壓縮環失效，其它的壓縮環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數，還不如采取措施提高活塞環的使用性能，用一道壓縮環和兩道油環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。為防止頂環積炭和膠粘，又要求第一環槽溫度不能過高，為此，除采用環槽鑲圈外，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 HyperWorks在活塞分析計算中的應用
摘要：活塞作為發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動機整體的壽命，對其進行有限元分析與結構優化有著十分重要的現實意義。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化，取得了良好的結果。
關鍵詞：Altair HyperWorks,發動機,活塞,結構優化,疲勞壽命
1 引言
發動機動力單元主要包括缸套，活塞，活塞環，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，工作環境惡劣，受載復雜，其失效將會導致整個發動機系統的失效。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實意義。在活塞溫度計算過程中，充分利用試驗分析數據，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，在設計研發中發揮了重要的作用。
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 
基于MeshFree的活塞熱傳遞分析
活塞熱傳遞分析.rar
1.背景
當物體與周圍環境存在溫差時，熱量就會從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞，這就是熱傳遞現象。熱傳遞分析可以分為穩態熱傳遞分析和瞬態熱傳遞分析。通過MeshFree對活塞進行了熱傳遞分析。
2.參數設置
分析類型選擇熱傳遞，導入piston.X_T文件，穩定狀態是指物體和周圍環境處于相同溫度。在這種狀態下，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。非線性穩態傳熱分析是一種分析穩態傳熱和溫度分布的方法。在這種情況下，輸入材料參數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，用對流換熱系數來表示。
3.結果查看
溫度
溫度梯度結果
熱流量結果
展開 基于AMESim的往復活塞泵建模與分析
當活塞C運動一段行程后，行程閥C切斷控制氣輸出，換向閥B，D換位，氣缸B，D充氣，活塞B，D向里運動，同時行程閥B向換向閥A，C輸入控制氣，使氣缸A，C排氣，進入充液沖程。4個腔推進劑兩兩交替泄出和充填，實現連續穩定的推進劑供應。
圖1 往復泵原理及結構
1.2、往復活塞泵建模
1.2.1、液、氣缸的數學模型
由往復泵工作原理可知，理論上液缸和氣缸之間沒有物質的交換，若考慮可壓縮性，液、氣缸均可按活塞缸建立數學模型，其中液缸腔體內置一彈簧。以下為流量壓強方程及受力方程。a.流量壓強方程。忽略活塞處密封的泄露，可以得到如下一組方程，液缸流入V 腔的流量為：
Qz=vA
Qz為活塞腔的流量；v為活塞運動速度；A 為V腔活塞有效面積。氣動分析中，經常將氣流所通過的氣動元件抽象成一個收縮噴嘴或節流小孔來計算。氣缸流入流出V 腔的流量為：
q為氣體通過小孔的流量；S 為小孔有效截面積；T 為小孔上游氣體的溫度；pu為小孔上游的氣體壓強；pd為小孔下游的氣體壓強；R 為氣體常數；k為絕熱指數。
結束語
分析往復式活塞泵原理及結構，利用AMESim軟件建立往復泵模型，并模擬不同彈簧剛度對泵的性能的影響。由仿真結果可知，氣體的壓縮性是影響活塞協調運動的主要因素，通過向液缸設置彈簧并適當調整彈簧剛度能夠有效地提高系統性能，增加輸出流量的穩定性。若適當增加液缸、氣缸的直徑，可在提高流量穩定性的同時保持輸出流量不變。
文章來源：真空技術網
展開 基于OptiStruct的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
1 薄板結構振動聲輻射
1.1 聲輻射理論
往復壓縮機通過曲柄連桿機構將電機的旋轉運動轉換為活塞的往復運動，從而將機械能轉換為氣體的壓力能，轉換過程中做旋轉運動的曲柄等因其質心偏離旋轉中心而產生旋轉慣性力，活塞等因往復運動而產生往復慣性力，旋轉慣性力及往復慣性力通過座簧激勵壓縮機外殼，使其產生彎曲振動。往復壓縮機外殼通常采用2～6 mm的鋼板，其厚度尺寸遠小于長寬尺寸，為薄板結構。當殼體被激振起來時，將帶動殼體表面的空氣層振動，從而產生輻射噪聲。壓縮機殼體即為面聲源，將面聲源鑲嵌在無限大障板中去研究。如圖1所示為薄板結構離散圖，假設為一鑲嵌在無限大障板的矩形薄板，薄板結構被均分成有限個面積相等的振動單元，薄板的振動傳遞到半空間中觀察點的聲壓可由Rayleigh積分得出[6-8]。
展開 基于Simsolid的發動機活塞結構分析
活塞結構對發動機的性能起著關鍵作用，需要考慮其強度，振動以及疲勞性能等。此次采用Simsolid對活塞結構進行模態和強度分析。
1 導入模型以及前處理
Simsolid支持絕大多數的CAD軟件格式導入模型，非常方便！導入模型后會自動開始模型檢查和接觸識別，非常簡便智能，節省了很多時間。導入后也可以以任意顏色顯示不同的part。
在Simsolid中不需要做幾何清理和劃分網格，這個不僅僅對結構工程師來說方便，對仿真人員來說，要快速得到結果也是非常方便的。隨便拿一個part在abaqus中看到這么多小邊小面，我就心累啊。
2 附屬性施加載荷約束
Simsolid自帶材料庫，基本的分析夠用了，還有少量的非線性材料。用戶自己也可以通過setting--> Material database 來修改材料。附材料的操作也非常簡便，直接選擇材料，點選對應的part就可以了。
Simsolid的圖標也很小清新和有辯識性，看到圖標基本知道干什么的，不知道的情況下，鼠標挪到圖標上面，會自動彈出圖標的解釋信息。施加載荷也是通過點選的方式來完成。
3 模態分析
設置完成后就可以進行相應的計算了 。首先進行模態分析，設置模態的階數，直接點擊solve圖標即可，計算也很快就完成了。前6階的模態結果如下表，可方便的查看對應的模態圖以及動畫。
模態階數
模態（Hz）
1
323.58
2
394.75
3
711.14
4
2557.3
5
2603.6
6
3551.8
4 結構強度分析
如果需要修改接觸類型，可在對應的接觸對上右鍵修改。
展開 案例分享：氣缸活塞的熱機疲勞分析
氣缸活塞是許多機械設備，如內燃機、壓縮機等中的關鍵組成部分。它們長期受到機械載荷和熱載荷的周期性作用，特別是在高性能和高負載的應用中。由于溫度的大幅度波動和復雜的載荷條件，活塞結構可能會發生疲勞損傷，這稱為熱機疲勞。熱機疲勞是一種由于熱載荷和機械載荷共同作用導致的損傷機制。在活塞中，溫度可能會迅速改變，導致材料熱膨脹和收縮。與此同時，活塞還承受著來自氣缸內壓力的機械載荷。這種復合效應可能導致活塞材料的微觀裂紋產生和擴展，最終可能導致活塞的斷裂和失效。
為了有效分析和預測氣缸活塞的疲勞情況，采用熱機疲勞模塊進行了以下分析：
1、載荷模擬：創建一個綜合了機械和熱載荷的真實工作環境模型，考慮活塞的工作周期和溫度波動。
2、材料特性分析：采用多溫度S-N曲線對不同溫度下的疲勞特性進行刻畫。
3、疲勞損傷預測：運用溫度插值方法來預測可能的疲勞損傷和壽命，確定潛在的故障區域。
氣缸活塞疲勞壽命云圖
了解更多疲勞分析方案：
http://jsform2.com/web/formview/66390a7575a03c2416365f4f
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys Sherlock在汽車電子可靠性分析中的應用
『點擊觀看直播回放』
隨著汽車電子行業發展對產品性能的要求逐步提升，可靠性問題也越來越突出。如何能及早的發現問題、解決問題是研發工程師的重中之重，Ansys Sherlock的推出和逐漸廣泛應用，通過利用其獨特的方法，可以滿足用戶工程化高可靠性產品的要求，進而縮短研發周期，降低企業成本。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
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展開 三缸發動機活塞運動受力分析（轉載）
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>在往復活塞式發動機中，連桿將旋轉運動轉換為往復運動。連桿始終處于高應力狀態，負載隨著發動機轉速的提高而增加。通常來說，發動機中有一個零件故障就需要更換整個發動機。因此，發動機所有零件的設計都至關重要，以使它們在發動機運行壽命期間不會發生故障。連桿是其中的關鍵部件，需從疲勞角度進行分析。使用 Basquin 高周疲勞準則預測疲勞壽命。</p><p>本例基于comsol“多體動力學模塊”中的“三缸往復式發動機”模型，其中發動機的關鍵部件被模擬為柔性體，其余部件被模擬為剛體。各部件通過不同類型的關節進行連接。該技術顯著減小了模型尺寸，同時保持了裝配中的力平衡。
展開 
基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析
實驗方案設計：以汽車轉向節在工作狀態下所承受的力和力矩為實驗參數，通過對實驗樣品施加不同方向、大小的力和力矩，來模擬汽車轉向節的工作狀態。
實驗數據記錄：記錄實驗參數設置和實驗過程中的數據，包括實驗樣品的變形情況、應變情況、應力情況等。
數據處理和分析：將實驗數據進行處理和分析，比較實驗結果和仿真結果的差異，并對實驗結果進行統計學分析和可靠性分析。
實驗樣品：
根據最優的汽車轉向節拓撲結構，制備出實驗樣品，樣品尺寸為50mm×50mm×30mm。樣品材料為鋁合金，彈性模量為70GPa，泊松比為0.33，屈服強度為250MPa。
實驗參數設置：
在實驗中，采用單向壓縮載荷方式，通過壓力機施加不同大小的壓力，來模擬轉向節在工作狀態下所承受的力和力矩。實驗參數設置如下：
壓力大小：50N、100N、150N、200N。
受力方向：豎直方向。
壓力速率：2mm/min。
實驗次數：3次。
實驗數據記錄：
實驗過程中，采用應變計和應力計等儀器來記錄實驗數據，記錄的數據包括實驗樣品的變形情況、應變情況、應力情況等。實驗數據如下表1。
數據處理和分析：
通過對實驗數據的處理和分析，可以得到實驗樣品在不同壓力下的變形量、應變量和應力量。將實驗結果和基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析的結果進行比較，可以得到以下結論：
表1
在實驗中，實驗樣品的變形量、應變量和應力量均隨著壓力大小的增加而增加，與仿真結果相符合。這說明所建立的多目標拓撲優化目標函數確實能夠使得得到的汽車轉向節拓撲結構在工藝約束下具有較好的強度和剛度性能，可以滿足汽車轉向節在工作狀態下的要求。同時，實驗結果也驗證了基于ANSYS的仿真分析的可靠性和準確性。
展開 CONVERGE滾動活塞式壓縮機三維CFD分析案例
CONVERGE滾動活塞式壓縮機三維CFD分析案例
關于CONVERGE
CONVERGE是由美國Convergent Science Inc（CSI）公司2006年開發的一款新一代CFD軟件。因為它一CSI舉解決了CFD領域中非常棘手的全自動六面體網格剖分和運動邊界處理問題，并具備完善的湍流、噴霧、燃燒、排放等發動機缸內分析需要的各種物理模型而在行業大獲好評和推薦！CONVERGE首先被成功應用到活塞式發動機行業，包括柴油機、汽油機、天然氣/乙醇/氫氣/混合氣體發動機等，如今，CONVERGE已一躍成為國內外發動機設計領域使用最廣泛的知名CFD分析工具!
滾動活塞式壓縮機具備結構簡單，部件少，制造成本低，效率和可靠性高等優點，在小容量冰箱或空調被大量使用。其主要工作部件（如圖1）包括靜態氣缸、偏心滾動轉子、滑片和排氣閥等。所有部件之間存在兩條主要的接觸線，分別是偏心轉子和氣缸壁之間以及滾動轉子和滑片之間。兩條接觸線使整個腔室分為吸氣室和壓縮室。吸氣室和進氣道相連，隨著轉子轉動，腔體擴張，氣體進入腔室。同時，壓縮室體積減小，一旦壓力足夠大，排氣閥打開，壓縮氣體排出。
展開 基于Workbench2020的活塞熱應力分析 ￥20
<p>活塞模型</p><figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202503/attachment/a8df1aa6408f4f388244089ba2e6878d.png" style="display: inline-block;" data-regular="true"><img src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/a8df1aa6408f4f388244089ba2e6878d.png"></figure></figure><p><br></p><p>溫度場分布</p><figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202503/attachment/bbc764421d0043008509813ce986a7f6.png" style="display: inline-block;" data-regular="true"><img src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/bbc764421d0043008509813ce986a7f6.png"></figure></figure><p><br></p><p>熱變形</p><figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image
展開 活塞壓縮動網格分析（彈性光順與局部重構）
問題描述：活塞壓縮
01 分析模塊
02 建立模型
03 劃分網格
04 定義物理模型
05 定義材料
06 定義流場材料類型
07 定義邊界條件
08 定義速度和動網格
09 求解方法，求解控制，監控，都按默認設置
10 初始化
11 求解
12 后處理
