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基于UG和ANSYS的四缸曲轴有限元模态分析

学兔兔 第4期 (总第155期) 机 械 工 程 与 自动 化 NO.4 2009年8月 MECHANICAL ENGINEERING & AUT0MAT10N Aug. 文章编号:1672—6413(2009)04—0017—03 基于UG和ANSYS的四缸曲轴有限元模态分析 徐中华 ,张 茜 ,程 伟 (1.新疆大学 机械工程学院,新疆 乌鲁木齐 830008;2.四川航天职业技术学院,四川I 成都 610100) 摘要:采用UG软件建立了四缸发动机曲轴的三维模型,在有限元分析软件ANSYS Workbench(AWE)中建 立曲轴的有限元模型;对曲轴进行了模态分析,得到了曲轴的固有频率和振型,为曲轴的进一步优化设计提供 了理论依据。 关键词:UG;曲轴;有限元;ANSYS Workbench;模态分析;固有频率 中图分类号:U464.133 .3:TB115 文献标识码:A 0 引言 将曲轴离散为有限个三维实体单元,分别求出每 曲轴是发动机中最重要、价格最昂贵的零件之一, 个单元的刚度矩阵为: 曲轴的强度、刚度能直接决定发动机的性能,强度足 r [ ] =l[B ] ED][B ]dv。 ……………(2) 够、重量适中的曲轴无疑是保障发动机正常运行的条 式中: [D]——弹性矩阵; 件。曲轴设计是否可靠,对发动机的使用寿命有很大 EB [ ]——应力、应变关系矩阵。 的影响。而由于曲轴的形状及其载荷比较复杂,对其 每个单元的质量矩阵为: 采用经典力学的方法进行结构分析往往具有局限性。 r 有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数 EMI ] 一lDI EN ] [N ]dv。 ………………(3) 值计算方法,是分析各种结构问题的强有力的工具,不 式中:EN IN ]——形函数矩阵; 论结构的几何形状和边界条件多么复杂,不论材料性 p——单元质量密度。 质和外加载荷如何多变,使用有限元法均可方便地进 形成单元的单元刚度矩阵EK j] 和单元质量矩阵 行分析和获得满意的答案n]。 [ ] 后,按照单元节点自由度与总体节点自由度的 本文采用有限元法对四缸发动机曲轴进行自由模 一 一 对应关系,将单元刚度矩阵[K ] 和单元质量矩 态分析,以得到其固有频率和振型,可为曲轴的结构 阵[ ] 组集成结构的总体刚度矩阵[ ]和总质量矩 动力学分析和曲轴的优化设计提供理论依据。 阵[ ]。如果节点上有附加质量块,则将它叠加到总体 1 模态分析的有限元基础 质量矩阵[M]所对应的节点自由度位置上,根据边界 根据振动理论及有限元理论,具有有限个自由度

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