分离机小端盖轴的有限元分析与变形计算(附件)【字数：7307】
摘 要为了对分离机小端盖轴进行有限元分析，来得出模型结构的应力和应变云图。本文针对分离机小端盖轴运用HyperMesh进行有限元分析，着重讨论了了变形计算，在这过程中赋予模型材料和物性的选择，并且以屈服强度为标准，查看并思考分离机小端盖轴的应力和应变情况。在荷载的作用下，利用有限元分析软件HyperMesh对分离机小端盖轴模型模型进行静力分析，在结构安全的情况下，对小端盖轴进行优化设计——增加一个对称键槽，然后根据现有的端盖轴受力情况，通过改进小端盖轴的结构，最大应力减小了50%，最大形变量减小了46%，小端盖轴的优化设计有着明显改进。
目 录
第一章 绪 论..1
1.1 课题背景与意义.1
1.2 分离机的国内外研究现状1
1.3 课题研究内容与目标2
第二章 有限元概念和理论..4
2.1 有限元分析的基础理论.4
2.2 有限元分析的基本步骤.5
第三章 分离机小端盖轴的有限元建模6
3.1 HyperMesh软件概述...6
3.2 HyperMesh有限元分析基本过程...6
3.3结构模型的建立.7
3.4 网格划分....7
3.5 约束条件8
3.6 载荷条件........9
3.7 本章小结..10
第四章 分离机小端盖轴静态分析与优化11
4.1分离机小端盖轴的静态分析11
4.2结果分析12
4.3优化设计12
第五章 总 结..14
致谢15
参考文献16
第一章 绪 论
1.1 课题背景与意义
由于全球化的到来，产品之间的更新换替更加激烈，这对于企业来说中，抓住这个能给自身带来巨大的收益。有限元分析技术作为一种分析产品受力，改良设计效率高，能使产品脱颖而出的的有效工具，所以随着时代的高速发展和变更，有限元分析受到各个领域的青睐和运用，在处理特殊模型结构有着巨大的优势。有限元分析计算在大到航天飞机，小到汽车零件都有它的身影，在诸如土木建筑、铁路建设、机械制造、军 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
事国防、材料加工、汽车部件、石化等领域大展身手，在原有的基础上发生更大的飞跃。
有限元作为一种极为重要的方法，尤其在工程技术领域当中，可以得出绝大多数复杂工程的有限元分析结果，还原材料的机械性能，能对工程事故进行挽救，对工程设计进行预估风险。
1.2 分离机的国内外研究现状
纵观有限元的发展历史，有限元分析技术的特点显露无遗：拥有强大的划分网格功能；能导入其他建模软件模型；结构求解分析更加快速有效；程序更加多元性，易上手等。运用有限元设计的最终目标是使产品得到改善，所有优化设计尤为重要。印度Mahanty博士用有限元分析软件对拖拉机前桥进行优化设计，设计结果不仅降低约40%的前桥自重，还减少了在制造工艺过程中的大量焊接工艺，生产成本得到了降低。
当前阶段，国内分离机的整体实力与国外相比仍然具有很大的差距，需要国内分离机不断加强行业的技术水平，不断创新发展，促进分离机在各行业机健康长远发展。国产有限元软件发展较为缓慢，在运用上还不够成熟，在处理个别模型时比较困难。国内第一个有限元软件JIGFEX被我国开发出来后，首先在汽车行业被使用起来，接着其他一些领域也竞相运用，自微米级器件道大型的三峡水利工程处处用的到有限元软件，可以想象在未来的发展中有限元分析将会大展身手[1]。
有限元分析是代表着逻辑数学、材料力学与计算机运算三种相互融合的产物，在上个世纪50年代诞生。这对于过去的人来说，迷茫于无法求解的问题和约束条件及不对称物体的复杂问题，有限元分析是他们的解脱之道，有效的运用能分析出更加科学的数据[2]。
有限元法的基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。从有限元分析本质上来说，模型都是由不同形状的单元格以相异的连接方法共同组合成的，正因为这样每个单元格的受力都可能是不同的，先对小单元格求解进行静力分析，再利用统筹的思想就可以得出整个模型的应力、应变情况。
从静力学到动力学、稳定性问题，从结构力学延伸到流体力学等，从线性力学到非线性力学，从弹性材料扩展到粘塑性、粘弹性和复合材料，从航空技术领域扩展到航天、水利工程、机械制造及原子能等，有限元分析技术在各个领域大展身手[3]。如下图1.1和1.2所示。
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图1.1 轮胎的有限元分析
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图1.2 气缸的有限元分析
1.3 课题研究内容与目标
本次课题研究是以HyperMesh有限元软件为手段，对分离机小端盖轴进行静态分析和变形计算。通过第三方三维建模软件UG进行数据转化导入HyperMesh，计算出应力和应变云图。具体内容：
分析分离机小端盖轴的尺寸，确定网格化的网格大小；
上网查阅资料，分析小端盖轴工作运转情况，受力如何，该约束哪些条件；以及结构的材料属性和物理性质；
得出分离机小端盖轴的应力应变云图，与屈服强度比较，是否超过；
仔细分析小端盖轴的参数结构，该从哪些方面着手优化，使它在满足屈服强度的情况下，设计合理。
第二章 有限元概念和理论
2.1 有限元分析的基本概念
有限元分析的基本思想是将一个结续体的求解域或连续体的求解域离散为组若干个子域（单元），组合体是由单元格边界上的节点构成的[4]。
整个求解域预求的未知量是通过每一个单元格内的近似函数来代表的，有限元分析就是其未知量。单元格对应的插值函数以及未知或其单元各个节点上倒数的数值来共同定义单元格内的近似函数（）。场函数可以作数值求解的未知量，因为其具有相同性在相邻单元的节点上，这样就可以把问题简单化，可以将无穷自由度的问题转变为求解场函数节点的有限自由度问题，转化的思想由此可以体现[5]。
求解场函数节点值得微分方程或者代数方程的建立可以通过数学模型、基本方程等方法，通常此方程组被称为有限元求解方程，利用所学的数学方法写成熟悉的矩阵求解此方程，这样我们就能获得所需答案。
将模型按一定的规则划分成无数个网格，对其进行边界条件处理和附加载荷就将之称为有限元建模，每个单元里的材料和物性选择都是相同的，且离散的单元必须与原模型保持相同的结构特性。
目 录
第一章 绪 论..1
1.1 课题背景与意义.1
1.2 分离机的国内外研究现状1
1.3 课题研究内容与目标2
第二章 有限元概念和理论..4
2.1 有限元分析的基础理论.4
2.2 有限元分析的基本步骤.5
第三章 分离机小端盖轴的有限元建模6
3.1 HyperMesh软件概述...6
3.2 HyperMesh有限元分析基本过程...6
3.3结构模型的建立.7
3.4 网格划分....7
3.5 约束条件8
3.6 载荷条件........9
3.7 本章小结..10
第四章 分离机小端盖轴静态分析与优化11
4.1分离机小端盖轴的静态分析11
4.2结果分析12
4.3优化设计12
第五章 总 结..14
致谢15
参考文献16
第一章 绪 论
1.1 课题背景与意义
由于全球化的到来，产品之间的更新换替更加激烈，这对于企业来说中，抓住这个能给自身带来巨大的收益。有限元分析技术作为一种分析产品受力，改良设计效率高，能使产品脱颖而出的的有效工具，所以随着时代的高速发展和变更，有限元分析受到各个领域的青睐和运用，在处理特殊模型结构有着巨大的优势。有限元分析计算在大到航天飞机，小到汽车零件都有它的身影，在诸如土木建筑、铁路建设、机械制造、军 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
事国防、材料加工、汽车部件、石化等领域大展身手，在原有的基础上发生更大的飞跃。
有限元作为一种极为重要的方法，尤其在工程技术领域当中，可以得出绝大多数复杂工程的有限元分析结果，还原材料的机械性能，能对工程事故进行挽救，对工程设计进行预估风险。
1.2 分离机的国内外研究现状
纵观有限元的发展历史，有限元分析技术的特点显露无遗：拥有强大的划分网格功能；能导入其他建模软件模型；结构求解分析更加快速有效；程序更加多元性，易上手等。运用有限元设计的最终目标是使产品得到改善，所有优化设计尤为重要。印度Mahanty博士用有限元分析软件对拖拉机前桥进行优化设计，设计结果不仅降低约40%的前桥自重，还减少了在制造工艺过程中的大量焊接工艺，生产成本得到了降低。
当前阶段，国内分离机的整体实力与国外相比仍然具有很大的差距，需要国内分离机不断加强行业的技术水平，不断创新发展，促进分离机在各行业机健康长远发展。国产有限元软件发展较为缓慢，在运用上还不够成熟，在处理个别模型时比较困难。国内第一个有限元软件JIGFEX被我国开发出来后，首先在汽车行业被使用起来，接着其他一些领域也竞相运用，自微米级器件道大型的三峡水利工程处处用的到有限元软件，可以想象在未来的发展中有限元分析将会大展身手[1]。
有限元分析是代表着逻辑数学、材料力学与计算机运算三种相互融合的产物，在上个世纪50年代诞生。这对于过去的人来说，迷茫于无法求解的问题和约束条件及不对称物体的复杂问题，有限元分析是他们的解脱之道，有效的运用能分析出更加科学的数据[2]。
有限元法的基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。从有限元分析本质上来说，模型都是由不同形状的单元格以相异的连接方法共同组合成的，正因为这样每个单元格的受力都可能是不同的，先对小单元格求解进行静力分析，再利用统筹的思想就可以得出整个模型的应力、应变情况。
从静力学到动力学、稳定性问题，从结构力学延伸到流体力学等，从线性力学到非线性力学，从弹性材料扩展到粘塑性、粘弹性和复合材料，从航空技术领域扩展到航天、水利工程、机械制造及原子能等，有限元分析技术在各个领域大展身手[3]。如下图1.1和1.2所示。
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图1.1 轮胎的有限元分析
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图1.2 气缸的有限元分析
1.3 课题研究内容与目标
本次课题研究是以HyperMesh有限元软件为手段，对分离机小端盖轴进行静态分析和变形计算。通过第三方三维建模软件UG进行数据转化导入HyperMesh，计算出应力和应变云图。具体内容：
分析分离机小端盖轴的尺寸，确定网格化的网格大小；
上网查阅资料，分析小端盖轴工作运转情况，受力如何，该约束哪些条件；以及结构的材料属性和物理性质；
得出分离机小端盖轴的应力应变云图，与屈服强度比较，是否超过；
仔细分析小端盖轴的参数结构，该从哪些方面着手优化，使它在满足屈服强度的情况下，设计合理。
第二章 有限元概念和理论
2.1 有限元分析的基本概念
有限元分析的基本思想是将一个结续体的求解域或连续体的求解域离散为组若干个子域（单元），组合体是由单元格边界上的节点构成的[4]。
整个求解域预求的未知量是通过每一个单元格内的近似函数来代表的，有限元分析就是其未知量。单元格对应的插值函数以及未知或其单元各个节点上倒数的数值来共同定义单元格内的近似函数（）。场函数可以作数值求解的未知量，因为其具有相同性在相邻单元的节点上，这样就可以把问题简单化，可以将无穷自由度的问题转变为求解场函数节点的有限自由度问题，转化的思想由此可以体现[5]。
求解场函数节点值得微分方程或者代数方程的建立可以通过数学模型、基本方程等方法，通常此方程组被称为有限元求解方程，利用所学的数学方法写成熟悉的矩阵求解此方程，这样我们就能获得所需答案。
将模型按一定的规则划分成无数个网格，对其进行边界条件处理和附加载荷就将之称为有限元建模，每个单元里的材料和物性选择都是相同的，且离散的单元必须与原模型保持相同的结构特性。
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