精品毕设ANSYS课程设计论文.docx
《精品毕设ANSYS课程设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品毕设ANSYS课程设计论文.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
精品毕设ANSYS课程设计论文
学号：
201520110134
课程设计
题目
机械设计及理论方向课程设计
教学院
机电工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
15机制（专升本）
姓名
指导教师
2015
年
12
月
24
日
设计任务书
2015～2016学年第一学期
《机械有限元分析》课程设计任务书
设计名称
机械设计及理论方向课程设计
班级
机械设计制造及其自动化2015（专升本）
地点
403
一、课程设计目的
课程目的和任务旨在使学生了解有限元分析的基本方法，通过使用计算机计算工程力学中的若干问题，进一步加深工程力学课程中的基本概念和基本理论，培养学生解决一些简单的工程实际问题的能力，为学生在今后的机械课程设计和毕业设计中对机械构件进行力学分析打下扎实的基础。
二、课程设计内容
1．ANSYS有限元分析软件简介、功能概览和分析案例；
2．ANSYS图形用户界面及基本操作方法；3．创建3D有限元模型；
4．加载、求解、结果后处理；5．分析结果评价。
任务
组别
设计参数
尺寸
载荷
尺寸
载荷
尺寸
载荷
尺寸
载荷
尺寸
载荷
1
a=φ30b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ31b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=2.6MPa
a=φ33b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ34b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
2
a=φ32b=φ6
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ7
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=2.7MPa
a=φ32b=φ9
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ31b=φ10
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
3
a=φ32b=φ8
c=6
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=7
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=2.8MPa
a=φ32b=φ8
c=9
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ31b=φ8
c=10
d=25
e=12
P=3MPa
4
a=φ32b=φ8
c=8
d=23
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=24
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=2.9MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=26
e=12
P=3MPa
a=φ31b=φ8
c=8
d=27
e=12
P=3MPa
5
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=10
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=11
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3.0MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=13
P=3MPa
a=φ31b=φ8
c=8
d=25
e=14
P=3MPa
6
a=φ30b=φ6
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ31b=φ7
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=8
d=25
e=12
P=3.1MPa
a=φ33b=φ9
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
a=φ34b=φ10
c=8
d=25
e=12
P=3MPa
7
a=φ32b=φ8
c=6
d=23
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=7
d=24
P=3MPa
a=φ32b=φ8
c=9
d=26
P=3.2MPa
a=φ32b=φ8
c=10
d=27
P=3MPa
a=φ31b=φ10
c=10
d=25
P=3MPa
工作中当活塞处于压缩行程上顶点时，活塞顶部所受的压力P大约为3MPa,活塞销孔通过活塞销的作用而达到平衡。
附：
设计计算说明书内容
0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、课程设计起始时间）
1、目录（标题、页次）2、设计任务书（装订原发的设计任务书）
3、前言（a题目分析：
包括材料选取，结构特点，工作特点和现代一般技术。
b设计方案的拟订：
设计基础和条件，有限元方法的运用）
4、绘制平面图、创建3D有限元模型（自底向上和自顶向下建模方式、从其他CAD中建模后导入、比较分析他们的不同、选择合适的网格划分方式，指出划分精度对分析结果的影响）
5、加载（说明加载方式、部位）、求解（静态和模态方式求解）
6、结果后处理（截图说明计算的结果大小和危险点的部位）分析结果评价（通过结果比较说明现有结构是否合理）
7、设计小结（设计体会、本次设计的优缺点及改进意见等）
8、参考资料（资料的编号[]，作者，书名，出版单位和出版年、月）
9、参照格式要求（字体大小、行间距、序号等）
三、进度安排
第15周周一教师布置题目和内容；周二学生查阅收集相关资料进行分析；
周三绘制平面图；周四创建实体模型；
周五创建有限元模型
第16周周一加载_求解_后处理；周二分析结果评价
周三课程设计总结；周四编写课程设计说明书；周五答辩；
四、基本要求
1.了解有限元分析的基本原理和方法；
2.熟悉有限元分析软件（ANSYS）的图形用户界面和菜单；
3.能熟练创建二维和三维有限元分析模型；
4.会使用指定的单元对有限元分析模型进行网格划分，也能对一些简单的有限元分析模型选择合适的单元进行网格划分；
5.能熟练使用工程力学的知识来确定模型的约束条件和受力的类型；
6.会使用有限元分析软件对有限元分析模型进行计算；
7.能熟练掌握有限元分析后处理过程，并对计算结果作出正确的评价；
8.掌握使用有限元分析方法对机械构件进行优化设计的过程；
车辆与交通教研室
2015.11.10
第1章绪论
活塞是发动机的重要部件之一，与连杆构成发动机的心脏，活塞通过运动将燃气压力传递给连杆再至曲轴输出，工作时受力非常复杂。
1.1题目分析
1.1.1工作特点
在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体压力，汽油机达4MPa~5MPa，柴油机高达8MPa~9MPa，甚至更高；这就使得活塞陈胜冲击，并承受侧压力的作用。
此外，活塞在气缸内往复运动线速可达11m/s~16m/s；在这种恶劣的条件下工作，且速度在不断地变化，这就产生很大的附加载荷。
活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。
因此活塞作为发动机中热传递能量的一个非常重要的构件。
1.1.2结构特点
（1）活塞顶部是燃烧室的组成部分，承受高温气体的压力。
活塞的顶部有平顶、凸顶、凹顶、成形顶等不同形状，有些活塞顶部在与气门对应的位置上有凹坑，是为防止活塞在上止点与气门相碰而设的。
活塞缸位序号、加大尺寸、安装向前标记等一般也刻在活塞顶部。
（2）活塞头部。
是指活塞环槽以上的部分，主要用来安装活塞环，以实现气缸的密封。
活塞头部加工有安装活塞环的环槽，一般有3~4道环槽，最下面一道环槽安装油环，其它环槽安装气环。
油环环槽底部的孔是让气缸壁上多余的润滑油通过活塞内腔流回曲轴箱。
有些油环槽的底部是一条较窄的槽，除回油作用外，还有减少活塞头部向裙部传递热量的作用，所以称之为隔热槽，有些活塞的隔热槽设在油环槽下方的活塞裙部。
还有些活塞在第一道环槽的上方设有隔热槽，以减少活塞顶部向下传递的热量。
（3）活塞裙部。
活塞环槽以下的部分称活塞裙部，为活塞的往复运动起导向作用。
在常温下活塞裙部断面制成长轴垂直于活塞销方向的椭圆形，以保证在热态下活塞与气缸的配合间隙均匀。
在常温下活塞呈上小下大的锥形。
有些活塞裙部除设有隔热槽外，还有膨胀槽，膨胀槽可使活塞裙部具有一定的弹性，在低温时与气缸的配合间隙较小并且高温时又不致在气缸中卡死。
膨胀槽必须斜切，不能与活塞轴线平行，以防导致气缸磨损不均匀。
为防止切槽处裂损，在隔热槽和膨胀槽的端部都必须加工止裂孔。
活塞裙部开槽会降低其强度和刚度，一般只适用于负荷较小的发动机。
为限制活塞裙部的膨胀量，有些活塞在销座中镶铸有膨胀系数较低的“恒范钢片”。
（4）活塞销座。
活塞销座位于活塞裙部的上部，加工有座孔，用以安装活塞销。
在活塞销座孔内一般加工有卡环槽，以便安装活塞销卡环，防止活塞销工作时轴向窜动。
有些活塞销座上加工有油孔，以便飞溅的润滑油对活塞销与座孔进行润滑。
为减小活塞销座处受热后的变形量，有些活塞的销座外表面是凹陷的。
在活塞内腔的活塞销座与活塞顶部之间一般铸有加强筋，以提高活塞的刚度。
1.1.3活塞设计的性能要求
（1）热强度高。
在高温下仍有足够的机械性能，使零件不致损。
（2）导热性好，吸热性差。
以降低顶部及环区的温度，并减少热应力。
（3）膨胀系数小。
使活塞与气缸间能保持较小间隙。
（4）比重小。
以降低活塞组的往复惯性力，从而降低了曲轴连杆组的机械负荷和平衡配重
1.1.4材料选取
通过分析各项材料的数值和性能，发现铝基复合材料密度低，有良好的尺寸稳定性，增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时，降低了塑形。
高的耐磨性是铝基复合材料（SiC、Al203增强）的特点之一。
铝基复合材料的疲劳强度一般比基体金属高，而断裂韧性却下降。
铝基复合材料的价格相对比较便宜，在工业体系中对铝金属的加工利用也相对比较成熟，在这方面的研究与生产都相对成熟，具有更高的可靠性。
陶瓷材料具有极高的硬度，其硬度大多在1500HV以上。
具有优于金属的高温强度和高温抗蠕变能力，热膨胀系数小、热导率低、化学稳定性高、抗氧化性能优良。
但是其抗拉强度低，抗压强度较高，具有高弹性模量、高脆性韧性差。
陶瓷材料加工虽然有很多方法，但加工成本高、加工效率低、加工质量不理想。
陶瓷的加工余量大、加工刀具费用大。
工业体系中对陶瓷材料的利用也不太成熟，可靠性不高。
综上所述，活塞材料最终确定为铝基复合材料——铝合金5083-H112。
1.2设计方案的拟订
1.2.1设计基础和条件
首先我们对活塞进行了分析。
活塞是发动机工作条件最严酷的零件。
活塞工作时，顶部承受了很高的燃气压力，而且做往复运动的活塞组的惯性力将达到很高的数值。
此外，活塞还要承受连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击。
在气体压力、往复惯性力和测压力的综合作用下，活塞的机械负荷相当严重，造成了活塞变形、活塞裙部磨损、活塞销座开裂等不良后果。
由于活塞顶部的燃气温度很高，且分布不均匀，使得活塞热膨胀量增大，从而破坏活塞与气缸壁之间的正常间隙。
由于冷热不均匀所产生的热应力，会使活塞顶部出现疲劳热烈现象，因此，活塞部件的设计是否合理，将直接关系到发动机的可靠性、寿命、排放、经济性等至关重要的参数。
因此，进行活塞疲劳强度试验以及有限元模拟分析。
目前，针对活塞零件进行试验分析主要分为两类，温度场下产生的热疲劳试验和机械交
升级会员 