航模发动机15连杆有限元分析1

机械CAD/CAE实训题目：航模发动机模型参数表X1mmX2mmX3mm输出扭矩Nm安全系数506030121.5姓名班级点名册号20级机械设计制造及自动化专业哈尔滨商业大学目录目录TOC\o"1-3"\h\u机械CAD/CAE实训 120级机械设计制造及自动化专业 11.优化分析的目的 22.连杆的三维建模 32.1连杆工程图 32.2连杆的三维建模 33.连杆的有限元分析 33.1连杆的受力分析 33.2连杆结构的受力分析 43.3连杆的材料选择 43.4连杆的受力及夹具选择 53.5生成网格划分 53.6连杆的应力分析 64.连杆轻量化设计分析 64.1连杆的第一次拓扑分析 74.2第一次优化后的三维模型 74.3第一次优化后的应力分析 74.4连杆的第二次拓扑分析 84.5第二次优化后的三维模型 84.6第二次优化后的应力分析 94.7连杆的第三次拓扑分析 94.8第三次优化后的三维模型 104.9第三次优化后的应力分析 105.轻量化结果比较 116.轻量化结果 12优化分析的目的根据提供的数据来计算出更优秀的解法，并且能够满足安全和轻量化处理的要求。具体的步骤，根据设计图纸以及提供的各种数据设计减震支架的初始尺寸，运用solidworks软件进行3D建模，并且使用CAE有限元分析，在满足尺寸要求的情况下，修改处更加优秀的结构和材料，完成有限元的分析。连杆的三维建模2.1连杆工程图图2.1连杆工程图2.2连杆的三维建模图2.2连杆三维建模连杆的有限元分析3.1连杆的受力分析连杆的受力机构如图1和图2所示，通过连杆转销将连杆上直径8mm的圆孔与活塞连接，使活塞带动连杆做周期往复运动，而连杆上直径9mm的圆孔与发动机主轴上的圆销配合，使连杆可以带动发动机主轴做旋转运动。图3.1图3.23.2连杆结构的受力分析如下图所示，当活塞给连杆的力的方向与连杆的运动方向一致，即都向下时，外部负载扭矩为12N•m，发动机主轴的圆销处达到力最大处，即F=T/R=12/(14•10-3)=857.14N。T=12N•m即(1)T=12N•m;(2)连杆的运动轨迹是一个半径为14mm的圆；(3)F=T/R=12/(14•10-3)=857.14N。3.3连杆的材料选择3.4连杆的受力及夹具选择约束条件：如图7所示，对孔径为9mm的孔进行固定几何体操作，在8mm孔径的孔向内施加外部载荷，是大小为857.14N的力载荷。图3.3连杆的受力及夹具选择3.5生成网格划分图3.4连杆的网格划分3.6连杆的应力分析图3.5连杆的应力分析由图3.5可知连杆此实受到的最大应力是18.34MPa,给定的安全系数是1.5，因此，σmax=1.5×18.34MPa=27.51<[σ]=240Mpa,满足应力要求，质量为8.677g。连杆轻量化设计分析在连杆的工作过程中，活塞通过上下往复运动带动发动机主轴做圆周运动，连杆是中间的传力机构，主要受拉应力和压应力，此次有限元分析主要分析压应力的受力情况。优化目标：连杆优化完成后，在受力最大时，连杆上的最大压力值小于屈服极限强度，同时要节约资源，降低成本，达到轻量化的目的。4.1连杆的第一次拓扑分析图4.1连杆的第一次拓扑分析由图4.1的拓扑分析能够看出，连杆靠近9mm圆孔处的上下两侧部分可以移除，所以给出轻量化设计的方案，通过优化两侧部分，进性轻量化设计。4.2第一次优化后的三维模型图4.2连杆的第一次优化模型4.3第一次优化后的应力分析图4.3连杆的第一次优化应力分析由图4.3可知连杆此实受到的最大应力是17.85MPa,给定的安全系数是1.5，因此，σmax=1.5×17.85MPa=26.78<[σ]=240Mpa,满足应力要求，质量为8.500g。4.4连杆的第二次拓扑分析图4.4连杆的第二次拓扑分析由图4.4的拓扑分析能够看出，连杆的9mm圆孔外壁部分可以移除，进性轻量化设计。4.5第二次优化后的三维模型图4.5连杆的第一次优化模型4.6第二次优化后的应力分析图4.6连杆的第一次优化应力分析由图3.5可知连杆此实受到的最大应力是18.16MPa,给定的安全系数是1.5，因此，σmax=1.5×18.16MPa=27.24<[σ]=240Mpa,满足应力要求，质量为8.389g。4.7连杆的第三次拓扑分析图4.7连杆的第二次拓扑分析由图4.7的拓扑分析能够看出，连杆的左右圆孔外壁均可优化，同时9mm圆孔处上下两侧均可优化，并对连杆左侧进行优化，最终达到轻量化设计。4.8第三次优化后的三维模型图4.8连杆的第一次优化模型4.9第三次优化后的应力分析图4.9连杆的第一次优化应力分析由图3.5可知连杆此实受到的最大应力是18.35MPa,给定的安全系数是1.5，因此，σmax=1.5×18.35MPa=27.53<[σ]=240Mpa,满足应力要求，质量为7.815g。轻量化结果比较综合比较以上结果得到表：质量/g最大应力/MPa材料屈服强度/MPa未优化前8.67727.51240更改一8.50026.78240更改二8.38927.24240更改三