ansys简单例子分析Word格式文档下载.docx

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ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

因此它可应用于以下工业领域：

航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

软件主要包括三个部分：

前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

1.3本次课程设计的主要内容及目的

本次课程设计主要内容是：

应用CATIA软件作为设计工具，完成活塞的数字化设计。

要求设计出的活塞实体模型结构尺寸正确，并要求草图约束正确；

应用ANSYS软件对活塞划分网格、施加材料属性和约束建立有限元模型，进行温度场分析。

本次课程设计的主要目的：

1.掌握应用CATIA软件进行草图绘制的能力，建模过程中能正确绘制草图。

2.掌握应用实体建模模块，能正确建立活塞数字化三维模型。

3.掌握应用ANSYS软件建立活塞有限元模型，并对活塞进行温度场分析。

4.课程设计说明书的内容和格式要符合相关管理文件规定。

2活塞基本结构参数

2.1活塞基本结构参数

1、活塞的基本结构尺寸如图1所示，基本尺寸范围如图2所示，每个人根据任务书中规定的汽油机或柴油机选择对应的尺寸范围，尽量选择尺寸范围内的最小尺寸。

2、活塞材料：

铝合金

3、活塞顶燃烧最高压力：

柴油机5～9Mpa

4、活塞顶的厚度：

柴油机（0.1-0.2）D

5、活塞顶结构形式：

柴油机

型

图2.1活塞的基本结构尺

表1活塞的基本尺寸范围

名称

符号

相对结构参数值

汽油机

活塞高度

压缩高度

裙部高度

顶岸高度

上裙部高

下裙部高

销孔直径

第一环岸高度

其它环岸高度

销座间距离

H

H1

H2

h1

h3

h4

d

C1

B

0.8~1.3D

0.5~0.8D

0.4~0.8D

0.1~0.2D

0.3~0.4D

0.6~0.7D

0.3~0.38D

0.04~0.08D

0.025~0.03D

0.35~0.42D

0.9~1.1D

0.45~0.6D

0.06~0.08D

0.65~0.8D

0.25~0.30D

0.03~0.04D

0.35~0.40D

3活塞的建模过程

3.1活塞的建模

绘制活塞三维图步骤如下：

（1）打开CATIA→机械设计→零件设计，进入零件图工作模块，如图2.3所示。

图3.1零件设计模块

（2）点击进入工作台图标与YZ面，进入草图绘制模块。

单击

按图中数据画轮廓。

图3.2草图1

（3）将绘成的轮廓旋转360度，生成图2.5的旋转体。

图3.3活塞的绘制过程

（4）在YZ平面绘制如图所示草图。

图3.4定义凸台

（5）点

定义凸台，如图2.7所示。

图3.5凸台

图3.6凸台

（6）建立凹槽1，在YZ平面点

绘制直径为28的圆，如图2.8。

图3.7草图4

（7）点

定义凹槽如图所示。

图3.8凹槽1

（8）如图所示定义凹槽

图3.9凹槽2

（9）点

与

绘制如图所示图案。

图3.10草图7

（10）如图3.0与图3.1所示，将草图7点

定义凹槽。

图3.12凹槽

图3.13添加裙部

3.2活塞降低版本

（1）选择YZ面，点击

将零件分割成二分之一，在选择ZX面，点击

将零件分割成四分之一，为有限元分析做准备。

图3.14四分之一实体

（2）点击

菜单，选则实用程序菜单，进入批处理监视器处理框，在选择以下选项进行降低版本操作

。

图3.15降低版本

（3）选择版本

，点击

选择原零件图，点击

选择降低版本后的CATIA零件图放置位置。

点击运行即可。

图3.16选择原零件图

4活塞的有限元模型

4.1活塞三维模型的导入

图4.1导入过程

图4.2选择原零件图

4.2材料属性

GUI：

MainMenu>

Preprocessor>

MaterialProps>

MaterialModels打开DefineMaterialModelBehavior对话框，点击Thermal>

Conductivity>

Isotropic打开定义材料属性对话框，活塞弹性模量输入 

70e9 

，泊松比0.3 

，密度2700，KXX=160。

图4.3材料属性

4.3网格划分

（1）设定单元类型

ElementType>

Add/Edit/Delete,打开ElementType对话框，点击Add按钮，打开LibraryofElementType对话框，选择ThermalSolid：

Tet10node87单元。

（2）划分网格

Meshing>

MeshTool，打开MeshTool对话框，勾选SmartSize，设定为“6”点击“Mesh”选中活塞模型进行自由网格划分，共产生6160个单元10448个节点，如图3.2所示。

图4.4划分网格后的活塞模型

4.4施加约束和载荷

施加载荷GUI：

Solution>

DefineLoads>

Apply>

Thermal>

Convention>

OnAreas.分别对活塞上表面施加如下参数：

图4.5活塞约束

4.5求解

AnalysisType>

NewAnalysis,设定分析类型为Steady-State。

进行求解：

Solve>

CurrentLS,进行计算求解。

图4.6求解

4.6活塞的应力分析

GeneralPostproc>

PlotResults>

ContourPlot>

NodalSolu,选择NodalSolution>

DOFSolution>

Temperature查看计算结果

图4.7活塞应力分布云图

活塞结果分析：

活塞顶部温度最高，活塞裙部温度呈梯度向下分布，其中顶部中部温度最高，向边缘呈梯度分布。

结束语

1课程设计的主要工作

本课题通过使用CATIA作为设计工具，完成活塞的数字化设计，并应用ANSYS软件对零件进行划分网格，施加材料属性以及约束来建立有限元模型。

然后进行材料定义及温度场分析，达到将CATIA与ANSYS熟练结合使用的目的。

在查阅大量文献的基础上，通过老师的讲解指导，对零件的结构有了更加充分深刻的了解。

2课程设计中存在的不足

由于时间与水平有限，本论文设计过程中在精度上略显不足。

同时因为长时间未使用CATIA软件，导致软件的不熟练，致使活塞建模过程中漏洞百出，不断地修改才基本完成建模。

今后应多加训练，达到熟练使用CATIA及ANSYS的程度。

参考文献

[1]刘维信.汽车设计.北京：

清华大学出版社，2007.7431-432

[2]王淑芳.基于CATIA的汽车悬架动态仿真.重庆交通大学.2006.6，第8页.

[3]余志生.汽车理论.北京：

机械工业出版社，2006.5，130-200.

[4]王旺予.汽车设计.北京：

机械工业出版社，2004.8，第181页

[5]孙志礼，冷兴聚，魏严刚，增海泉.机械设计，沈阳：

东北大学出版社2000.9，273

[7]盛选禹，唐守琴.CATIA有限元分析命令详解与实例.北京：

机械工业出版社，2005.3，1-2

[8]李学志，李若松.CATIA使用教程.北京：

清华大学出版社，2004.2：

1-283

[9]孙桓，陈作模.机械原理.北京：

高等教育出版社,2006.5：

270-279

[10]巩云鹏，张祖立，田万禄.黄秋波.机械设计课程设计.沈阳：

东北大学出版社，2000.12：

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