有限元法分析与建模课程设计报告学院：机械电子工程学院专业：机械电子工程指导教师：杜平安学生：乔林学号：2012210802122012-12-10摘要摘要连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动, 并把活塞上的力传给曲轴连杆工作的小端做往复运动, 大端作旋转运动, 杆身做复杂的平面运动。
本文用Pro/E建立连杆的三维模型，并运用ANSYS强大的有限元分析和优化功能来实现连杆的分析ANSYS 是一款极其强大的有限元分析软件。
通过数据接口，ANSYS 可以方便的实现从CAD 软件中导入实体模型。
因此，将Pro/E强大的建模功能与ANSYS 优越的有限元分析功能结合在一起可以极大地满足设计者在设计过程中对建模与分析的需求。
关键词：连杆，有限元，Pro/E，ANSYSABSTRACTABSTRACTThe role oftheconnecting rodisthesmall end ofthereciprocation of the pistonintoarotational movementofthecrankshaft, and to transmittheforceon the pistontothecrankshaft connecting rodreciprocates, thebig endfor pivotal movement, Shaftdo complexplanar motion. The establishment ofalinkageof thethree-dimensionalmodelusingPro / E, thepowerfulANSYSfinite elementanalysis andoptimization capabilitiestoachievetheconnecting rodfatigueanalysisANSYSisan extremelypowerfulfinite element analysis software. Throughthedata interface, ANSYS canfacilitate the realization ofsolid modelsimportedfromCAD software. Therefore,thesuperiorpowerfulmodeling capabilitiesofPro / Eand ANSYSfinite elementanalysis capabilitiestogethercanmeetthedesignersin the design processmodelingand analysis.Keywords:rod, finite element, Pro / E, ANSYS目录目录第一章引言 (1)1.1有限元法及其基本思想 (1)1.2本文所研究问题定义分析 (1)第二章连杆有限元分析的准备工作 (2)2.1 连杆三维实体建模 (2)2.2 模型调入 (2)2.3 设置单元类型 (3)2.4 设置材料的密度，杨氏模量和泊松比 (3)2.5 创建网格 (4)第三章有限元模型的前处理和求解 (5)3.1 设置载荷和约束 (5)3.1.1 设置载荷 (5)3.1.2 设置位移约束 (6)3.2 求解结果操作 (6)第四章有限元模型的后处理和结果分析 (7)4.1 查看变形位移 (7)4.2 查看各节点的位移 (8)4.3 查看应力分析图 (9)4.4 观察节点最大应力 (10)图4-4 节点最大应力图 (10)4.5 求解结果分析 (10)总结 (11)参考文献 (12)第一章引言第一章引言1.1有限元法及其基本思想有限元方法[1]就是把一个原来是连续的物体剖分成有限的单元，且它们相互连接在有限的节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件在进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，在综合求解。
由于单元的个数有限，节点的个数也有限，所以这种方法称为有限元法。
有限元法解决问题是物理模型的近似，而数学上不做近似处理。
其概念清晰，通用性与灵活性兼备，能灵活妥善处理各种复杂问题。
1.2本文所研究问题定义分析连杆是发动机中很重要的一个部件. 因此对连杆的分析优化可以很大的提高的发动机性能，是发动机变的更加高效与节能。
强度、刚度和疲劳寿命是对工程结构和机械使用的三个基本要求, 其中疲劳破坏是工程结构和机械失效的主要原因之一, 引起疲劳失效的主要原因是重复载荷。
疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。
本文首先采用Pro/E软件建立活塞连杆的三维实体模型,然后通过Pro/E与ANSYS的无缝集成,将模型导入ANSYS中。
这种方法保持了导入模型的完整性,方便修改模型参数, 减少了直接在ANSYS中建模的巨大工作量,使分析过程方便快捷。
有限元法分析与建模课程设计第二章连杆有限元分析的准备工作对连杆进行有限元分析前，需要对连杆就行三维实体建模，通过Pro/E与ANSYS的无缝集成,将模型导入ANSYS中，并进行网格划分。
2.1连杆三维实体建模打开Pro/E,通过网上查找资料确定连杆的相关参数，绘制如图2-1的模型：图2-1Pro/E建模的连杆模型2.2模型调入打开Ansys，点击File,在子菜单中点击Import，选IGES,将要分析的文件导入到Ansys中，结果如图2-2所示：图2-2 导入Ansys后的模型第二章连杆有限元分析的准备工作2.3设置单元类型选择主菜单中Preprocessor的子菜单Element Tye，选中Add/Edit/Delete,在弹出的菜单中，点Add..,在弹出的对话框中选Solid,找到Brick 8node 45,点击OK。
如图2-3所示：图2-3 设置单元类型2.4设置材料的密度，杨氏模量和泊松比再选中Material Props下拉菜单中的Material Models, 在弹出的菜单中，依次选择Favorites、Linear Static、Density，在对话框中输入7800（钢材密度），点OK。
选择Linear Isotropic,在弹出的对话框中依次输入30e6，0.3，点OK。
如图2-4所示：有限元分析与建模课程设计图2-4 设置材料的密度、杨氏模量和泊松比2.5创建网格选择Meshing子菜单中的MeshTool，在弹出的对话框中，再选择Mesh,然后选中之前导入的模型，单击OK，创建网格就完成了，效果如图2-5所示：图2-5 划分网格第三章有限元模型的前处理和求解第三章有限元模型的前处理和求解3.1设置载荷和约束3.1.1设置载荷选择Solution的下拉菜单：Define Loads——Apply——Structural——Pressure ——On Areas,选中小孔内圆朝内的一半，点OK,在弹出的对话框内输入1000，单击OK，如图3-1所示：图3-1 设置载荷有限元分析与建模课程设计3.1.2设置位移约束选择Solution的下拉菜单：Define Loads——Apply——Structural——Displacement——On Areas，选中大孔内圆，单击OK。
在弹出的对话框中选中ALL DOF，单击OK，如图3-2所示图3-2 设置位移约束3.2求解结果操作选择Solution下拉菜单Solve,再选择Current ls,在弹出的对话框中单击OK，点击Close，得到求解后的结果，如图3-3所示：图3-3 求解结果第四章有限元模型的后处理和结果分析第四章有限元模型的后处理和结果分析4.1查看变形位移选择General Postproc下拉菜单Plot Result，选择Deformed Shape,在弹出的对话框选择【Def+undeformed】，然后单击OK。
变形位移如图4-1所示：图4-1变形位移图有限元分析与建模课程设计4.2查看各节点的位移选择General Postproc下拉菜单List Results,再选择Nodal Solution,在弹出的对话框中，依次选择DOF Solution、Displacement vector sum，最后单击OK，求解到详细各节点的位移，如图4-2所示：图4-2 各节点位移第四章有限元模型的后处理和结果分析4.3查看应力分析图选择General Postproc下拉菜单Plot Result，依次选择Contour Plot、Nodal Solu，在弹出的对话框中再依次选择Stress、von Mises stress，最后单击OK，应力分析如图4-3所示：图4-3应力分析图有限元分析与建模课程设计4.4观察节点最大应力依次选择General Postproc下拉菜单List Results、Nodal Solution，在弹出的对话框中选STRESS,点von Mises stress然后单击OK，最终得到节点最大应力，如图4-4所示：图4-4 节点最大应力图4.5求解结果分析总结研究生学习期间，通过学习杜平安老师的有限元分析与建模这门课程，弥补了自己本科时的缺陷，同时也认识到有限元分析在工程领域的重要性。
结合此次课程设计，掌握了有限元分析的一般步骤，懂得了如何将所学知识应用到实践中去。
在设计过程中，难免会遇到很多问题，这是心要静下来，不要浮躁要善于利用资源，查找资料，这样问题才能够得以解决。
因此，通过本课程设计，学到了很多东西，为以后的工作和学习奠定了基础。
参考文献[1] 杜平安，于亚婷.有限元法原理、建模及应用.北京：国防工业出版社，2011.8[2]商跃进，王红.有限元原理与ANSYS实践.北京：清华大学出版社，2012[3] 谢龙汉，刘新让. ANSYS结构及动力学分析. 北京：电子工业出版社，2012.1:37~39[4] 陈精一，ANSYS工程分析实例教程. 北京：中国铁道出版社，2006[5] 杨永谦，实用有限元分析技术:ANSYS专题与技巧.北京：机械工业出版社，2010[6] 胡于进，王璋奇.有限元分析及应用.北京：清华大学出版社，2009:3。