基于UG和ANSYS的四缸曲轴有限元模态分析.pdfVIP

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