【《柴油机齿轮室盖及空滤的有限元分析案例》3000字】

柴油机齿轮室盖及空滤的有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24750柴油机齿轮室盖及空滤的有限元分析案例 1228951.1有限元分析软件 1320841.2齿轮室盖的有限元分析 1239011.3空滤器的有限元分析 3142151.3.1几何模型的建立 3250641.3.2网格划分 42831.3.3边界条件参数的设置 5116931.3.4滤纸的选择和仿真参数的确定 566341.3.5空滤器的仿真计算结果与分析 71.1有限元分析软件与Unigraphics一样，SolidWorks是在UG软件的环境使用了先进的Parasolid。提出一种基于非全约束特征模型的全相关设计方法，该方法综合使用了非全约束特征建模技术，设计过程中的修改会牵动相关部件，完成零件、总装及工程图的同步设计。但SolidWorks是一款通用的三维cm的机械软件，没有很好的专业针对性，很难满足特殊橡胶工业的需要与需求不同，在以后更方便的在3D设计中充分发挥它的效率，充分完成各方面的需求，SolidWorks很有必要。SolidWorks有几百个API特性(应用程序保护接口)，方便我们自己再次的开发。编程接口可基于OLE(ObjectLinkingAndEmbedding)技术或COM(ComponentObjectModel)技术，通过使用支持OLE或COM编程的开发工具，提供给完全面向对象的类体系，从而从这些类生成对象和接口。通过访问SolidWorks数据库、图形系统和系统界面，运行对象的方法、设置或修改属性等，以及实现SolidWorks的开发。1.2齿轮室盖的有限元分析有限元网格划分时，首先要确定材料的性质。采用HT250铸型，其相关性能指标为：密度p=7.25~7.35g/cm3；弹性模量E=108~127GPa；泊松比u=2.5；导热入=48~52W/mk。为减轻计算量，提高计算精度，单元类型采用四面体等参单元。网格划分过程中，由于单元的某些细部复杂，导致单元变形过大，对结构的振型影响很小，因此在满足单元最小扭曲度大于0.5的条件下，应对单元进行简化处理。利用单元尺度为20mm的四面体等参元对结构进行网格划分，共划分3439个单元，7085个结点。接着是结构模态计算。针对结构的固有频率和固有振型问题，采用无边界约束下的自由模态分析方法，得到了结构的刚体位移。因结构产生刚体位移的情况与本文分析的目的无关，因此在计算结果中将其剔除。结构的固有频率值如表1所示，图3-1为振型图。图3-1（a）原齿轮室盖第一阶振型图图3-1（b）齿轮室盖第三阶振型图（俯视图）图3-1（c）齿轮室盖第四阶振型图图3-1（d）齿轮室盖的三维模型图根据计算结果，齿轮室盖第一阶模态振型为：中心部位及带加强筋支撑的四边部变形较小，而由于缺少加强筋与四边部的连接，刚度较差，明显地出现了较大的变形；第二阶模态振型为：中心部位为大面积的平板结构，变形较大，同时左上方的角点部位变形也较大。因为第二次振型与第三次振型基本上相同，所以本文只给出了第三次振型的图解，第三次振型的图解是：四面形变较小，而中心形变仍然较大。为观察方便，本文给出了第三阶振型图的俯视图，第四阶振型图是不规则形变，其边部和右侧边部变形最大。基于以上分析结果，本零件结构设计中还存在一些问题，有待于进一步改进。为有效地提高结构刚度，减小噪声辐射，在结构设计修改时，将四个角、中心等相对较大的部位作为振动控制的关键部位。对角部位的相对振幅较大的问题，可以通过设置在盖板内表面的加强筋过渡到四周侧侧壁部位，使四边侧壁通过加强筋的支撑而与具有较大刚度的盖板连成一体；对中心大平板部位的相对振幅较大的问题，由于构造上的空间限制，只能采取适当的加高、加宽和在凸台内部等薄弱部位增加加强筋等措施。表3-1齿轮室盖的各阶固有频率（HZ）1.3空滤器的有限元分析1.3.1几何模型的建立通过此软件的建模，滤清器的结构图就显现出来了，如图3-2（a）所示。图3-2（b）旋转型的通气道，这个气道是形成涡流的必要条件。图3-2（a）空滤器的结构图图1.2（b）空滤器螺旋道结构图数值模拟的简化几何模型如图3-3所示。为了清楚地表达模型的内部结构，图3-4是空气滤清器的剖面图。图3-3空滤器的几何模型图3-4空滤器剖视图1.3.2网格划分利用ANSYS-ICEM分析非网络化格既可以保证整体正确，又可以大大缩短时间。计算网格总数1719244个，节点数304303个；ANSYS-ICEM划分的非结构网格共有1719244个网格和304303个节点；图3-8显示了空气过滤器的整体网格模型；图3-6-图3-8为空气过滤器螺旋段、进口段和出口段的网格图。图3-5空滤器的整体网格模型图3-6空滤器的螺旋道处网格模型图3-7空滤器的进口处网格模型图3-8空滤器的出口处网格模型1.3.3边界条件参数的设置（1）入口初始条件的设定Fluent采用初始化来完成最初的条件设定。一般而言，应对初始条件没有给出特定的标准，我们的研究需要什么就选择什么，只要各种最开始的值符合要求就行，结果往往式没有太大的波动的。但是要注意，由于初始条件太差，使得计算结果难以收敛，甚至出现不稳定性。图3-9为入口设置了初始条件。图3-9入口初始条件设定(2)出口条件、墙壁边界条件在Fluent分析中，外围的条件可以描述为计算边界上的流场变量应满足的数学物理条件，上述的流场变量和条件及其重要也是在实验中不可缺少的对象。实验的初始值计算完成后，可求出流场的惟一解(物理解)。实际上，由于流动问题的复杂性，计算流体力学的一大难题就是边界条件的确定，当前，我们还没有开发出自己的理论，都是借鉴以前的结果。针对被试，我们只能评鉴以前的经验大概给出边界的设置。相对出口压力p=0，在充分发展的出口管流条件下。固壁时，采用无滑移边界速度分量，即α=0。近壁区域采用标准壁函数法校正湍流模型。1.3.4滤纸的选择和仿真参数的确定(1)空气过滤器的滤纸参数滤纸的物理性能也与环境温度等因素有关，一般的实验室环境应保证恒温、恒湿等。根据GB/T10739-2002《纸浆、纸及纸板的处理及检验大气标准》，在滤纸测试之前，先对滤纸进行温、湿处理，并对滤纸的平均性能进行测试，如GB/T450-2008《纸及纸板的处理及检验横向、正、反面的测试》所示。另外，对于空气过滤滤芯，还需考虑雨水、滤纸受潮等情况，保证滤芯性能。据此，本试验的结果如表3-2所示。表3-2滤纸技术参数表(2)空气过滤器过滤参数设计对本文研究的空滤器滤芯结构参数进行了分析，得出了滤芯结构参数的测量结果，并根据选取的滤芯技术参数以及行业内认可的经验公式对各参数进行了估算，计算结果如表3-3所示。表3-3空滤器滤芯的结构参数(3)确定过滤模拟参数此设计中使用了常见的多孔介质模型。Fluent选择了2中方式处理多孔介质：多孔跳变型和多孔区域型。若只关注大区域的单层过滤纸的指标，则此项厚度指标明显可以忽略，此可必须应用多孔跳变模型。但对于本文所采用的滤清器结构不同于其它，滤纸的排列比较紧密，在这种形状的密闭下，滤纸厚度就起到决定性作用对气流影响比较大，因此厚度的计算是必不可少的，所以本文所要解决的就是多孔区模型。图3-10Fluent多孔介质设置1.3.5空滤器的仿真计算结果与分析该空滤器的额定流量为1600m³每小时，选择流量为40%、60%、80%、100%和120%五个点对流量阻力进行了模拟，选择了不同的速度进入，最后得出了各点对流量的速度压力场，现在重点在于分析进入各段内的额定流量。图3-11空滤器速度标量图图3-12空滤器整体压力图从图3-11中可以看到，空气过滤器的整体速度标量图为17m/s，空气从入口进入过滤器的速度为17m/s，而在螺旋段、滤清器下半段和出口均有局部高速，最大速度为25m/s。因为纸式滤清器的阻隔作用，滤清器以较低的速度进入空腔，由出气口排出到发动机的进气口，净化空气进入发动机。在图3-12中可以看到，空气过滤器的总压力为2.6kPa、0.4kPa、2.2kPa，过滤器入口和螺纹管部分的最大压力为2.2kPa。空气滤清器的完整限流图如图3-13所示，根据完整线流