4.2 虚拟参数化设计原理 15

4.3 曲轴的参数化建模 16

4.3.1 曲轴的结构简化和模块划分 16

4.3.2 曲轴建模过程 17

4.3.3 通过Pro/E建立曲轴系其他实体模型 27

4.3.4 通过Pro/E进行曲轴系实体装配 30

第五章 ANSYS有限元分析 31

5.1 引言 31

5.1.1 导入几何模型 31

5.2 曲轴有限元模型建立 32

5.2.1 定义单元属性 33

5.2.2 定义材料属性 33

5.2.3 网格划分 35

5.3 模态分析 36

5.3.1 模态分析设置 36

5.3.2 施加边界条件 37

5.3.3 进行求解 40

5.3.4 模态扩展设置 40

5.3.5 扩展求解 42

5.3.4 查看结果 42

结论 47

致谢 48

参考文献 49

第一章  绪论

1.1课题背景

1.1.1课题来源、目的及意义

曲轴是发动机中最重要、载荷最大的零件之一。曲轴承受着气缸里的气体压力及往复和旋转质量惯性力引起的周期性变化载荷，并对外输出扭矩，理论和实践表明，汽车发动机(中小型发动机)的曲轴的破坏形式主要是弯曲疲劳破坏。因此，在曲轴内产生交变的弯曲应力，可能引起曲轴疲劳失效，而曲轴一旦失效，就可能引起其它零件随之破坏。所以对于整体式多缸机曲轴，如何比较准确地得到应力、变形大小及分布，对曲轴的设计和改进，具有重要意义。

有限元技术的出现，给工程设计领域提供了一个强有力的计算工具，经过迄今半个世纪的发展，它已日趋成熟实用，在几乎所有的工程设计领域中发挥着越来越重要的作用。汽车发动机的零部件设计是有限元技术最早的应用领域之一。有限元技术的应用提高了汽车发动机零部件设计的可靠性，缩短了设计周期，大大推动了汽车发动机工业的发展。

故基于有限元分析的曲轴轴系研究具有着积极的指导作用。

1.1.2主要研究内容

鉴于曲轴在使用上的重要性，宜采用较先进的计算方法，如有限元方法进行分析，以了解曲轴是否存在设计上的明显缺陷，通过建立模型在ANSYS中拟态分析是一有效的方法，要点如下：

1）了解有限元方法的理论和思想；

2）分析曲轴轴系的特点，根据实体利用Pro/E三维造型软件建立三维实体模型；

3）把建立的三维模型导入有限元分析软件ANSYS生成有限元模型

4）能够在有限元分析软件ANSYS中进行模态计算并输出有限元分析结果

1.2国内外研究现状

1.2.1发动机零部件有限元网格生成技术

1.2.2汽车发动机中复杂边界条件的确定和施加

2.1有限元的发展历史

用一些离散的单元代表一个给定的域，并不是有限无法的新概念。人们发现古代数学家将一个内接于圆的多边形逼近圆的周长来估算!值。将圆看作一个有限个边长的多边形，预测的值几乎精确到40位数字。在现代，该想法存在于航空结构的分析中，例如机翼和机身都看作是许多纵梁、壳和切边的板的组合。1941年Hrenikoff提出了所谓网格法，它将平面弹性体看成是一批杆件和梁。Courant(1943)的著作提出了在一个子域上采用逐段连续函数来确定接近未知函数的方法。他使用了一组三角形单元和最小势能原理去分析St.Venant扭转问题。尽管在Hrenikoff(1941)和Courant(1943)的著作中可以找到有限元法的关键特性，但是正式的有限元法的提出则应归功于Argyris和Kelesey(1960)，以及Turner，Clough，Martin和Topp(1956)。然而却是Cough在1960年第一次使用了“有限元”这个名词，从此以后有限元应用的著作按指数规律地增多。