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 运用ANSYS对连杆进行静态和模态分析
发布者:徒高桥 出处:毕业论文 日期:2013/9/27 阅读:7401 推荐:0 点评:0
   

 

引言

发动机的连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力;其结构形状和受载状况均很复杂,连杆的可靠性和寿命在很大程度上影响着内燃机的可靠性与寿命,因此连杆的可靠性一直也是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。经过最近30年的发展,有限元法的基础理论与方法已经比较成熟,有限元计算结果可以为内燃机连杆设计和性能分析提供可靠性的依据。

随着大型有限元软件的出现以及计算机技术的发展, 使得用现代设计理论和方法对发动机的各个构件进行设计研究越来越频繁。连杆作为内燃机结构中的一个重要构件, 其使用可靠性对整个发动机的可靠性有着决定性的影响。传统的连杆设计基本上为静态设计, 而对连杆的动态特性很少涉及。但随着发动机的高速化和大功率化, 静态设计越来越不能满足需要, 往往在进行静态强度校核以及有限元静态计算时, 认为强度足够, 而在多次使用中却发现连杆上变形过大或出现裂纹这一致命的损坏现象。因此, 用现代设计方法进行连杆的动态特性研究与静态分析相结合已经成为连杆设计中的重要环节。

本课题的目的在于结合生产实际情况,对一定运转参数的内燃机,进行连杆组的优化设计,使连杆在保证足够的强度,刚度与稳定性下,并最大限度地减缓过渡区的应力集中。


1.连杆的介绍

连杆是汽车发动机中的重要零件,它连接着活塞和曲轴,其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中,除承受燃烧室燃气产生的压力外,还要承受纵向和横向的惯性力。因此,连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。因此连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能;又要求具有足够的钢性和韧性。

1.1连杆在发动机上的位置和作用

连杆是发动机内曲柄连杆结构的重要组成部分同时,曲柄连杆结构又是发动机内很重要的结构,该结构由活塞连杆组、曲轴飞轮组等两部分组成,其功用:一是实现运动的转换;二是实现能量的传递。连杆连接活塞与曲轴,将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动,从而实现对外输出动力。如图1.1所示,连杆连接着活塞和曲轴,其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中,除承受燃烧室燃气产生的压力外,还要承受纵向和横向的惯性力。因此,连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 曲柄连杆结构 

1.2 连杆的组成及结构特点

在发动机工作过程中,连杆要承受膨胀气体交变压力和惯性力的作用,因此,连杆除应具有足够的强度和刚度外,还应尽量减小自身的重量,以减小惯性力。连杆杆件的横截面为工字形,从大头到小头尺寸逐渐变小。为了减少磨损和便于维修,在连杆小头孔中压人青铜衬套,大头孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。连杆部件是连杆由小头、杆身、大头等三部分组成。如图示1.2

所示。 

 

 

 

 

 

 

 

 1.2  连杆结构 

 小头 

连杆的小头孔用来安装活塞销,以连接活塞。有的连杆小头孔内压有两片铜衬套,小头油孔正好通在两衬套之间间隙中,如图1.3所示,润滑油可由油孔进入衬套内表面,润滑衬套和小头孔,使连杆与活塞销之间转动灵活。 

 杆身 

连杆杆身一般采用工字形端面。提高结构刚度,减轻重量,减少惯性力。一般连杆上有一纵贯杆身的油道与小端衬套上的小孔相连,用于润滑活塞销。 

 大头 

连杆大端是配对加工的,没有互换性,也不可翻转 180º安装,故在其侧面打有配对和重量分组记号。端盖一般用两根连杆螺栓紧固,大端为平分式的一般用螺栓外圆柱面定位,连杆螺栓或螺母必须可靠锁定,否则,产生松动就会酿成重大机械事故。 

 

 

1.3    连杆部件总成

1—连杆盖;2—连杆轴瓦;3—连杆衬套;4—连杆;5—连杆螺栓;6—连杆螺母

1.3连杆的材料和毛坯 

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用,要具有很高的强度。因此,连杆材料一般都采合金钢,如45钢、65钢、40Cr、40MnB等。该连杆的材料为40Cr近年来也有采用球墨铸铁和粉末冶金材料的。锻造好的连杆毛坯需经调质处理,使之得到细致均匀的回火索氏体组织,从而改善性能,减少毛坯内应力。此外,为提高毛坯的精度,还需进行热校正、外观缺陷检查、内部探伤、毛坯尺寸检查等工序,最终获得合格的毛坯。

1.4连杆的尺寸

该连杆为本田思域的发动机连杆,尺寸总长为221mm,大头孔直径为Ф52mm,小头孔直径为Ф22mm,质量大约为2.3其具体尺寸如下图1.4所示

 

1.4    连杆的二维图


    由于多次使用Proe和UG建模后,导进去均不成功,所以使用ANSYS建模。但ANSYS建模相对比较复杂,所以对连杆的模型进行简化,从而使用下图1.5的二维图来进行连杆的建模

 

1.5    连杆的简化二维图


2.ANSYS结构静力分析

静力分析的定义:静力分析计算在固定不变的的载荷作用下结构的效应,它不考虑惯性和阻尼的影响,如结构随时间变化的载荷的情况。可是,静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力),以及那些可以近似认为等价静力作用的随时间变化的载荷,(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)。线性分析是指在分析过程中结构的几何参数和载荷参数只发生微小变化,以致可以把这种变化忽略,而把分析中的所有非线性项去掉。

静力分析中的载荷:静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定;即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。

静力分析所施加的载荷包括以下几种:

◆ 外部施加的作用力和压力。

◆ 稳态的惯性力(如重力和离心力)。

◆ 位移载荷。

◆ 温度载荷。

静力分析的类型静力分析可分为线性静力分析和非线性静力分析,静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型:大变形、塑性、蠕变、应力钢化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。从结构的几何特点上讲,无论是线性的还是非线性的静应力分析都可以分为平面问题,轴对称问题和周期对称问题及任意三维结构。

静力分析基本操作步骤如下

2.1创建有限元

建立结构的有限元模型,使用ANSYS软件进行静力分析,有限元模型的建立是否正确、合理,直接影响到分析结果的准确可靠程度。因此,在开始建立有限元模型时应当考虑要分析问题特点,对需要划分的有限元网格的粗细和分布情况有一个大概的计划。本论文读入建好的几何模型,如图2.1所示

 

图2.1    连杆模型图

2.1.1定义单元类型

在进行有限元分析时,首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所有分析的问题精度要求等,选定合适具体分析的单元类型。该连杆选用十节点四面实体结构单元Tet 10Node 92Tet 10Node 92可用于计算三位问题。

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete命令,将打开Element Type(单元类型)对话框。

2)单击OK按钮,将打开Library of Element Type(单元类型库),如图2.2所示

 

图2.2    单元类型库对话框

3)然后在选择Solid选项,选择实体单元类型

4)在列表中选择Tet 10Node 92选项,选择十节点四面体实体结构单元Tet 10Node 92

5)单击OK按钮Tet 10Node 92单元添加,并关闭单元类型,并关闭单元类型对话框,同时返回到第(1)步打开的单元类型对话框,如图2.3所示

 

2.3    单元类型对话框

6)该单元不需要进行单元选项设置,单机击Close按钮,关闭单元类型对话框,结束单元类型的添加架。

2.1.2定义材料属性

考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量、泊松比和密度。具体步骤如下:

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor >Material Props >Materia Model命令,将打开Define Material Model Behavior(定义材料模型属性)窗口,如图2.4所示

 

2.4    定义材料模型属性窗口

2)依次单击Structural > Linear > Elastic > Isotropic,展开材料属性的属性的树形结构。将打开1号材料的的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框,如图2.5所示

 

2.5    线性各向同性材料的弹性模量和泊松比

3)在对话框的EX文本框中输入弹性模量2.06e11 Pa,在PRXY文本框中输入泊松比0.3

4)输入密度则单击Density,弹出对话框则输入7.85e-9 mg/mm,如图2.6所示

 

2.6    线性各向同性材料的密度

5)单击OK按钮,关闭对话框,并返回到定义材料模型属性窗口,在此窗口的左边一栏出现刚刚定义的参考号为1的材料属性。

6)在Define Material Model Behavior窗口中,从菜单选则Material > Exit命令,或者单击右上角X按钮,退出定义材料模型属性窗口,完成对材料模型属性的定义。

2.1.3进行网格划分

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor > Meshing > Mesh Tool命令,打开Mesh Tool(网格工具),如图2.7所示

2)在对话框中,选择Mesh域中的Volumes,单击Mesh,打开体选择对话框,要求选择要划分数的体。单击Pick All 按钮,如上图2.8所示

3ANSYS会根据进行的线控制划分体,划分后如下图2.9所示

                             

            图2.7    网格工具                              图2.8    选择体

 

2.9    划分后的体

2.2施加载荷和边界条件,求解

在上一部建立有限元模型上施加载荷和边界条件并求解,这部分要完成的工作包括:指定分析类型和分析选项,根据分析对象的工作状态和环境施加边界条件和载荷,对结果输出内容进行控制,最后根据设定的情况进行有限元求解。

2.2.1施加位移约束

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Define Loads > Apply > Structural >Displacement > on Lines

2)拾取连杆小头孔的侧面的外界线,单击OK,如下图2.10所示

3)选择UZ作为约束自由度,单击OK,如下图2.11所示

4)从主菜单中选择Main MenuSolution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > on Lines

5)拾取连杆小头孔的侧面的内界线,单击OK,如图2.12所示

6)选择ALL DOF作为约束自由度,单击OK,如图2.13所示

    

       图2.10    选择线                   图2.11    施加Z方向位移

      

         图2.12    选择线                   图2.13     限制所有方向的自由度 

      

        图2.14    选择面                   图2.15    定义压力的大小

2.2.2 施加压力载荷

1从主菜单中选择Main MenuSolution > Define Loads > Apply > Structural >Pressure > On Areas

2)选择小头孔的内圆周面,单击OK,如上图2.14所示

3)然后打开Apply PRES on areas对话框,在Load PRES value文本框中输入1e6 N,单击OK,如上图2.15所得结果为,

(4)用同样的方法在大头孔的内侧一侧施加大小为1e7 N压力载荷。

(5)从应用菜单中选择Utility MenuPlotCtrls > Symbols...在“Show pres and convect as”(用表面上的线显示压力值)栏中,选择“Face outlines,单击OK,如图2.16所示

 

2.16    显示载荷符号

6)从应用菜单中选择Utility MenuPlot > Areas

2.2.3进行求解

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Solve > Current LS命令,打开一个确认对话框和状态列表,如下图2.17所示,要求查看列出的求解选项

  

2.17    求解当前载荷步确认对话框

2)查看列表中的信息确认无误后,单击OK按钮,开始求解。求解过程中会有一些进度的显示。

3)求解完成后打开如图所示的提示求解结束对话框。

4)单击Close按钮,关闭提示求解结束对话框。

2.3结果评价和分析

求解完成查看分析结果写进的结果文件Jobname.RST,结果文件由以下数据构成:

◆ 基本数据―节点位移(UXUYUZROTXROTYROTZ)。

◆ 导出数据―节点单元应力、节点单元应变、单元集中力、节点反力等。

可以用POST1POST26检查结果。POST1可以检查基于整个模型的指定子步(时间点)的结果;POST26用在非线性静力分析追踪特定结果。

具体步骤为:

2.3.1查看变形

三维实体需要查看三个方向的位移和总的位移。

1从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Plot Result > Contour Plot > Nodal Solu命令,打开Contour Nodal Solution Data(等值线显示节点解数据)对话框,如图2.18所示

 

   图2.18    等值线显示节点解数据对话框

2)在Item to be contoured(等值线显示结果项)域中选择DOF solution(自由度解)选项。

3)在列表框中选择X-Component of displacementX向位移)选项。

4)选择Deformed shape with undeformed edge(变形后和未变形轮廓线)单选按钮。

5)单击OK按钮,在图形窗口中显示出变形图,包含变形前的轮廓线,如下图2.19所示。图中的色谱表明不同的颜色对应的数值(带符号)。

 

图2.19    X方向的位移

   

2.20    Y方向的位移

6)用同样的方法查看Y方向的位移,如上图2.20所示

7)用同样的方法查看Z方向的位移,如下图2.21所示

 

2.21    Z方向的位移

8)用同样的方法查看总的位移,如下图2.22

 

图2.22    总的位移

2.3.2查看应力

1)从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Plot Result > Contour Plot > Nodal Solu命令,打开Contour Nodal Solution Data(等值线显示节点解数据)对话框,如图2.23所示

 

2.23    等值线显示节点解数据对话框

2)在Item to be contoured(等值线显示结果项)域中选择Stress(应力)选项。

3)在列表框中选择X-Component of StressX方向应力)选项。

4)选择性Deformed shape only(仅显示变形后模型)单选按钮。

5)单击OK按钮,在图形窗口中显示出X方向(径向)应力分布图,如下图2.24所示。

 

2.24    X方向的应力

6)用同样的方法查看Y方向的应力,如下图2.25所示

 

2.25    Y方向的应力

 (7)用同样的方法查看Z方向的应力,如下图2.26所示

 

2.26    Z方向的应力

8) 从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Plot Result > Contour Plot > Nodal Solu命令,打开Contour Nodal Solution Data对话框。

9 Item to be contoured域中选择Stress选项。

10)在列表中选择von Mises SEQ选项。

11)选择Deformed shape only单选按钮。

12)单击OK按钮,图形窗口中显示出von Mises等效应力分布图,如图2.27所示

 

2.27    von Mises等效应力分布

2.3.3应力动画

1)从应力菜单中选择Main MenuPlotCtrls > Animate > Deformed Results...

2) 选择stress,选择von Mises,单击OK,如图2.28所示

 

2.28    选择动画内容

3)要停止播放变形动画,拾取Stop按钮,如图2.29所示

 

2.29    放动画

2.4结论分析

通过上述静力分析可知,连杆施加压力载荷后位移的变形一般会出现在大头处,而应力集中点会出现在小头与杆身的连接处,这现现象的发生,都会对连杆的性能影响很大。所以我们为了提高零件运行的可靠性,延长其使用寿命,可以通过改变连杆的加工工艺过程进行相应的热处理,比如表面淬火、热喷涂等技术,来提高连杆的性能;也可以考虑改善连杆的材料来优化问题,这些问题还有待后续的研究。


3.动力分析

通常动力分析的工作主要由系统的动力特性分析(即求解结构的固有频率和振型)和系统在受到一定载荷时的动力响应分析两部分构成。根据系统的特性动力分析和非线性动力分析两类。根据载荷随时间变化的关系可以分为稳态动力分析和瞬态动力分析。谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及力。而谐响应分析主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应情况。

ANSYS提供了强大的动力分析工具,可以很方便地进行各类动力分析问题:模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。

动力分析的类型可分为:

◆ 模态分析。

◆ 谐响应分析。

◆ 瞬态动力分析。

◆ 谱分析。

模态分析用于确定的设计中的机构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)。它也是更详细的动力学分析的起点。

动力分析的基本步骤

建模过程和其他类型的分析类似,但应注意以下几点:

◆在模态分析中只有线性行为是有效的。如果肯定了非线性单元,将作为线性的来对待。

◆材料性质可以是线性的或非线性的、各向同性的或正交各向异性的、恒定的或和温度相关的。在模态分析中必须指定弹性模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量),而非线性特性将被忽略。

3.1模型的建立

3.1.1创建有限元模型

建立结构的有限元模型,使用ANSYS软件进行模态分析,有限元模型的建立是否正确、合理,直接影响到分析结果的准确可靠程度。因此,在开始建立有限元模型时应当考虑要分析问题特点,对需要划分的有限元网格的粗细和分布情况有一个大概的计划。本论文读入建好的几何模型,如下图3.1所示

 

3.1    连杆的模型

3.1.2定义单元类型

在进行有限元分析时,首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所有分析的问题精度要求等,选定合适具体分析的单元类型。该连杆选用十节点四面实体结构单元Tet 10Node 92Tet 10Node 92可用于计算三位问题。

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete命令,将打开Element Type(单元类型)对话框。

2)单击OK按钮,将打开Library  of  Element  Type(单元类型库),如下图3.2所示

 

 

3.2    单元类型库对话框

3)然后在选择Solid选项,选择实体单元类型。

4)在列表中选择Tet 10Node 92选项,选择十节点四面体实体结构单元Tet 10Node 92

5)单击OK按钮,将Tet 10Node 92单元添加,并关闭单元类型,并关闭单元类型对话框,同时返回到第(1)步打开的单元类型对话框,如下图3.3所示

 

3.3    单元类型对话框

6)该单元不需要进行单元选项设置,单机击Close按钮,关闭单元类型对话框,结束单元类型的添加架。

3.1.3定义材料属性

考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量、泊松比和密度。具体步骤如下:

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor >Material Props >Materia Model命令,将打开Define Material Model Behavior(定义材料模型属性)窗口,如下图3.4所示

 

3.4    定义材料模型属性窗口

2)依次单击Structural > Linear > Elastic > Isotropic,展开材料属性的属性的树形结构。将打开1号材料的的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框,如下图3.5所示

 

3.5    线性各向同性材料的弹性模量和泊松比

3)在对话框的EX文本框中输入弹性模量2.06e11,在PRXY文本框中输入泊松比0.3

4)输入密度则单击Density,弹出对话框则输入7.85e-9,如下图3.6所示

 

3.6    定义材料密度对话框

5)单击OK按钮,关闭对话框,并返回到定义材料模型属性窗口,在此窗口的左边一栏出现刚刚定义的参考号为1的材料属性。

6)在Define Material Model Behavior窗口中,从菜单选则Material > Exit命令,或者单击右上角X按钮,退出定义材料模型属性窗口,完成对材料模型属性的定义

3.1.4 进行网格划分

1)从主菜单中选择Main MenuPreprocessor > Meshing > Mesh Tool命令,打开Mesh Tool(网格工具),如下图3.7所示

        

          图3.7    网格划分工具                图3.8    选择网格划分的体

2)在对话框中,选择Mesh域中的Volumes,单击Mesh,打开体选择对话框,要求选择要划分数的体。单击Pick All 按钮,如上图3.8所示

3ANSYS会根据进行的线控制划分体,划分后如下图3.9所示

 

3.9    网格划分的结果

3.2 加载并求解

◆进入ANSYS求解器。

◆指定分析类型和分析选项。

◆定义主自由度。

◆在模型上加载。

◆指定载荷步选项。

◆开始求解计算。

◆退出SOLUTION

3.2.1进行模态分析设置

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Analysis Type > New Analysis命令,打开New Analysis设置对话框,要求选择分析的种类,选择“Model”,单击OK按钮,如下图3.10所示

 

3.10    选择模态分析

2从主菜单中选择Main MenuSolution > Analysis Type > New Analysis命令,打开Modal Analysis设置对话框,要求进行模态分析设置,选择“Block Lanczos”,在No. of nodes to extract文本框中输入15,将Expand mode shaps设置为YES,在No. of nodes to expand文本框中输入15,单击OK按钮,如图3.11所示

 

3.11    选择模态分析的方法

 

3)打开Block Lanczos Method对话框,在Start Frepinitial shift)文本框中输入0,在End Frequency文本框中输入1000000,单击OK按钮,如图3.12所示

 

3.12    选择频率范围

3.2.2施加边界条件

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Define Loads > Apply > Structural >Displacement > on Lines命令。

2)拾取连杆小头孔的侧面的外界线,单击OK,如下图3.13所示

   

   图3.13    选择线                   图3.14    选择Z方向的自由度约束

3)选择UZ作为约束自由度,单击OK,如上图3.14所示

4)从主菜单中选择Main MenuSolution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > on Lines命令。

5)拾取连杆小头孔的侧面的内界线,单击OK,如下图3.15所示

     

     图3.15    选择线                      图3.16    选择全局约束

(6)选择ALL DOF作为约束自由度,单击OK,如上图3.16所示

3.2.3进行求解

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Solve > Current LS命令,打开一个确认对话框和状态列表,如下图3.17所示,要求查看列出的求解选项

 

3.17    求解当前载荷步确认对话框

2)查看列表中的信息确认无误后,单击OK按钮,开始求解。求解过程中会有一些进度的显示。

3)求解完成后打开如图所示的提示求解结束对话框,如下图3.18所示

4)单击Close按钮,关闭提示求解结束对话框。

 

3.18    求解完成

3.3模态扩展

求解器的输出内容主要是固有频率,固有频率被写到输出文件Jobname.OUT及振型文件Jobname.MODE中。输出内容也可以包含缩减的振型和参与因子表,这取决于对分析选项和输出控制的设置。由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中,因此还不能对结果进行后处理。要进行后处理,则还需对模态进行扩展。

从严格意义上来说,“扩展”这个词意味这将缩减扩展到完整的DOF集上。“缩减解”常用主DOF表达。而在模态分析中,我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说,“扩展模态”不仅适用于Reduced模态提取方法得到的缩减振型,而且也适用于其他模态提取方法得到的完整振型。因此,如果想在后处理器中观察振型,必须先扩展之(也就是将振型写入结果文件)。

模态扩展要求振型文件Jobname.MODE、文件Jobname.EMATJobname.ESAVJobname.TRI(如果采用Reduced法)必须存在。数据库中必须包含和解算模态时所用模型相同的分析模型。

扩展模态的方法是:

◆ 再次进入ANSYS求解器。

◆ 激活扩展处理及相关选项。

◆ 指定载荷步选项。

◆ 开始扩展处理。

◆ 退出SOLUTION

观察结果:模态分析的结果(及模态扩展处理的结果)被写入到结构分析的文件Jobname.RST中。分析结果包括:

◆ 固有频率。

◆ 已扩展的振型。

◆ 相对应力和力分布(如果需要)。

可以在POST1及普通后处理中观察模态分析的结果。模态分析的一些常用后处理器操作将在下面予以描述。如果要在POST1中观察结果,则数据库中必须包含和求解相同的模型。而且结果文件Jobname.RST必须存在。

观察结果数据的过程是:

◆ 读入合适子步的结果数据。

◆ 执行任何想做的POST1(通用后处理器)操作。

3.3.1进行模态扩展设置

1)重新进入求解器,从主菜单中选择Main MenuSolution > Load Step Opts > ExpansionPass > Single Expand > Expand modes命令,打开Expand Analysis设置对话框,要求进行模态扩展设置,在No. of nodes to expand文本框中输入15,在Frequency range文本框中输入0,100000,将Calculate elem resluts设为Yes,单击OK按钮,如图3.19所示

 

3.19    设置频率范围

2)从主菜单中选择Main MenuSolution > Load Step Opts > Output Ctrls > DB/Results Files 命令,打开数据输出设置对话框,在Item to be controlled 列表框中选择ALL Item,在File Write Frequency单选列表中选择Every substep,单击OK按钮,如图3.20所示

 

3.20    数据输出设置

3)从主菜单中选择Main MenuSolution > Load Step Opts > Output Ctrls > Solu Printout命令,打开结果输出设置对话框,在Item for printout Control列表框中选择All Item,在Print Frequency单选列表中选择Every substep,单击OK按钮,如图3.21所示

 

3.21    结果输出设置

3.3.2进行扩展求解

1)从主菜单中选择Main MenuSolution > Solve > Current LS命令。

2)打开一个确认对话框和状态列表,要求查看列出的求解选项。

3)查看列表中的信息确认无误后,单击OK按钮,开始求解。

4)求解完成后打开提示求解结束对话框,单击Close按钮,关闭提示求解结束对话框。

3.4查看结果

求解完成后,就可以利用ANSYS软件生成的结果文件(对于静力分析,就是Jobname.RST)进行后处理。静力分析中通常通过POST1后处理器就可以处理和显示大多数感兴趣的结果数据。

3.4.1列表显示分析的结果

(1)从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Results Summary命令,打开SET LIST Command列表显示结果,如图3.22所示

 

3.22    分析结果的列表显示

2读取一个载荷步的结果,从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Read Sesults > Last SET命令。

3.4.2查看总变形

1)从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Plot Result > Contour Plot > Nodal Solu命令,打开Contour Nodal Solution Data(等值线显示节点解数据)对话框,如图3.23所示

 

3.23    等值线显示节点解数据对话框

2)在Item to be contoured(等值线显示结果项)域中选择DOF solution(自由度解)选项。

3)在列表框中选择Displacement Vector Sum(总位移)选项。

4)选择Deformed shape with undeformed edge(变形后和未变形轮廓线)单选按钮。

5)单击OK按钮,在图形窗口中显示出变形图,包含变形前的轮廓线,如下图3.24所示。图中的色谱表明不同的颜色对应的数值(带符号)。

 

3.24    总变形图

3.4.3查看von Mises应力

(1)从主菜单中选择Main MenuGeneral Postproc > Plot Result > Contour Plot > Nodal Solu命令,打开Contour Nodal Solution Data(等值线显示节点解数据)对话框,如图3.25所示

 

3.25    等值线显示节点解数据对话框

2Item to be contoured(等值线显示结果项)域中选择Stress选项。

3)在列表框中选择von Mises Stress选项。

4)选择Deformed shape only单选按钮。

5)单击OK按钮,在图形窗口中显示出von Mises等效应力分布图,如图3.26所示

 

3.26    von Mises等效应力图

3.4.4动画显示模态分析

1)从应用菜单中选择Utility MenuPlotCtrls > Animate > Mode Shape...

2)选择DOF solution,选择Translation USUM,单击OK,如下图3.27所示。

 

3.27 设置动画显示窗口

3)要停止播放变形动画,拾取Stop按钮,如图3.28所示

 

3.28    动画显示

3.5结论分析

在设计连杆时,不仅要考虑大头与小头与杆身连接处的应力集中问题,同时通过各个阶的变形情况的比较,第十三阶的变形是最严重的(如图3.293.30所示),所以最容易发生共振且共振发生后对连杆产生最坏效果的是十三阶,所以为了尽可能避免上述结果的产生,我们应使得其固有频率不要接近十三阶的频率13225HZ,也就是考虑共振频率的问题,从而使得连杆有更好的性能。

 

如图3.29    分析结果列表显示 

 

如图3.30 连杆十三阶的变形情况


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