【发动机活塞模型的建立分析2800字】

发动机活塞模型的建立分析目录TOC\o"1-3"\h\u29249发动机活塞模型的建立分析 1296691.1建立活塞实体三维模型 1121031.1.1CATIA的介绍 1304341.1.2活塞三维模型建立 2170801.2建立活塞有限元模型 519091.2.1ANSYS软件的介绍 5204701.2.2活塞有限元模型的建立 6174001.3小结 81.1建立活塞实体三维模型1.1.1CATIA的介绍CATIA软件是法国达索飞机制造公司设计开发的软件，它具有强大的设计、分析、模拟加工制造和设备管理等功能。CATIA软件有高达60多个的设计平台，主要包括草图设计、零件装配、有限元分析、加工模拟等，几乎做设计的人都可以在CATIA软件中找到适合自己工作的平台。在CATIAV5软件推出基于Windows操作系统的版本后接受和使用CATIA软件软件的人就越来越多，使得CATIA软件在机械设计领域大放异彩。CATIA在汽车工业上的运用：CATIA是汽车行业的事实标准，并且是全球顶级汽车制造商使用的核心系统。CATIA在造型样式、车身和发动设计这三个领域具有其得天独厚的优点，并且它可以解决各种车辆的制造和设计的一体式服务。CATIA涵盖三个关键领域：人员，过程和产品。如果想要尽快缩短产品上市的时间，那么CATIA的并行工程和可伸缩性功能则可以帮助其顺利完成。一级方程式赛车，卡车，商用车，轿车，跑车，高速列车，地铁，有轨电车，数字化CATIA上的产品上述车辆都可以被应用。CATIA在汽车行业中的能力是独一无二的，认可其能力的汽车零部件供应商众多。其中数字汽车的发展随着一些知名汽车制造商的购买也随之认定为了能得到更好的产品，斯堪尼亚正在积极推动设计师，分析师和测试人员在整个开发过程中密切的合作。这种统筹的方法将使Scania能够出更好的反应，同时从虚拟数字原型和物理原型中更快速地积累产品知识。在操作界面下完成后续的建模工作，下面如图3-1展示一下软件的操作界面：图3-1CATIA软件操作的界面1.1.2活塞三维模型建立活塞作为发动机内将热能转化为机械能的重要部件，需要具有足够的使用寿命、疲劳寿命、优秀的经济性等指标。所以活塞的三维结构模型尤为重要，活塞基本由顶部和三个环槽、销座孔、裙部组成。本章采用CATIA制图软件建立4100柴油发动机活塞的实体模型。要对发动机活塞进行三维建模，首先要打开CATIA软件，选择零件设计模块并且点击进入草图模块，先利用轮廓命令绘制一个直径100mm的圆，这个圆的直径就是整个活塞体的直径，草图如下所示3-1所示：图3-2发动机活塞的草图直径轮廓之后退出草图模块，在工具条中使用凸台命令，选中直径为100mm的圆形草图，在限制栏输入活塞的高度102mm，得到一个与活塞高度相同的圆柱体三维模型，模型如图3-2所示：图3-2与活塞高度相同的三维模型接着选用定位草图模块，在活塞顶部进行定位草图绘制，因为此活塞燃烧室为偏心燃烧室所以在距顶部圆心水平面6.5mm处取燃烧室的圆心使用点命令标记该圆心，再使用凹槽命令以之前选取的点为圆心做一个凹槽，凹槽直径为57.5mm深度为10mm得出一个凹槽并对边缘进行倒角处理，活塞顶部燃烧室如图3-3所示：图3-3发动机活塞的燃烧室三维模型此活塞的壁厚5mm，在活塞底部选用定位草图模块在底部画一个直径为90mm的圆形定位草图，然后退出定位草图模块，再使用凹槽命令在限制处输入72mm作为活塞内腔的深度，并对边缘部位进行倒角。活塞内腔及壁厚如图3-4所示：图3-4发动机活塞的内腔及壁厚三维模型进入定位草图模块在活塞内腔中心处利用轮廓命令画出销座的轮廓，然后退出定位草图模块在工具栏中使用凸台命令建立两侧的活塞的销座，并对边缘位置进行倒角处理。活塞销座如图3-5所示：图3-5发动机活塞的销座三维模型利用点命令在距活塞底部47mm处取一点，作为活塞销座孔的圆心利用草图模块的圆命令以该点为圆心画直径为35mm的圆，退出草图模块并用凹槽命令以该圆为轮廓作出活塞销孔在活塞销孔处做扩孔处理，并对边缘部位进行倒角理。活塞销孔如图3-6所示：图3-6发动机活塞的销孔三维模型根据第二章确定的火力岸、第一环岸、汽环、油环等尺寸，在草图模块中使用轮廓命令绘制各槽的高度与深度的轮廓，退出草图模块在工具栏中使用旋转槽命令选择在草图模块中绘制好的轮廓在活塞侧面进行开槽，并在油环槽相应位置打上油孔，得到活塞各个环槽及油孔如图3-7所示：图3-7发动机活塞的各环槽及油孔三维模型为防止应力集中的现象过于严重，在活塞底部需要做圆弧处理，至此活塞整体三维模型构建完成，活塞整体三维模型如图3-8所示：图3-8发动机活塞的三维模型1.2建立活塞有限元模型1.2.1ANSYS软件的介绍ANSYS软件是一种融结构、热流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件，广泛应用于水利、铁路、航空航天、核工业、土木工程、石油、汽车、造船、流体分析等工业领域。该软件可在大部分计算机及操作系统中运行，从PC工作站到巨型计算机均可兼容。能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。ANSYS软件的流场分析求解模块基于能量守恒、质量守恒和动量守恒，能求解流场速度、压力、温度分布等参数。本章所使用ANSYSworkbench的软件对活塞进行有限元模型建立，ANSYSworkbench软件分析的过程主要包括四个步骤：初步确定、前期处理、加载并求解、后期处理。前面的初步确定是确定分析的类型：模态分析、动力学分析等，分析的单元类型：实体单元、壳单元，分析的模型类型：零件、装配体。前期处理是指创建实体模型以及有限元模型，其中包括：创建实体模型，定义单元属性，划分有限元网格，修正模型等几项内容。一般都是用类似CAD、CATIA建立实体模型后导入ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，然后再划分网格。加载并求解是指对需要分析的实体模型或节点单元施加各种外在条件如：面载荷、惯性载荷、体积载荷、自由度等，并对分析对象求解。后期处理包括通用后期处理：用来观看整个模型在某一时刻的分析结果。还有时间历程后处理：用来观看模型在不同的时间段或载荷步骤上的结果，常用于处理瞬态分析和动力分析结果。ANSYSworkbench操作界面如图3-4所示：图3-9ANSYS软件操作界面1.2.2活塞有限元模型的建立首先在ANSYSWorkbench的工具栏中创建热力耦合分析模块，这个模块可以将稳态温度场模块中所包含的材料、几何结构、模型与结构静力学模块共用，将稳态温度场模块中的解决方案作为结构静力学模块的条件对活塞模型进行热力耦合分析。图3-10Thermal-Stress模块然后点击EngineeringData工作条，根据本文活塞所选用硅铝合金ZL109参数在EngineeringData工作模块对活塞材料的密度、弹性模量、热传导系数、泊松比、热膨胀系数、抗拉抗压强度等参数进行赋值。图3-11硅铝合金ZL109材料的赋值接着在点击Geometry工作条右击编辑DesignModeler模块，由于本文使用的ANSYSWorkbench软件中没有直接导入CATIA软件的接口所以将在CATIA软件中建立的活塞模型保存为stp格式后再导入ANSYSWorkbench软件中，再双击model进入工作模块，图3-12导入模型然后点击网格命令，插入几何体尺寸调整命令，选择2mm为网格单位，再插入网格划分的方法，选用补丁示形法中的四面体形状且使用全局设置，对活塞模型进行网格划分。网格划分后节点的数量为582436，单元的数量为402592。图3-12网格划分1.3小结本章介绍了所使用的建立三维实体模型的三维建模软件CATIA，并大概描述了CATIA