基于ANSYS的485柴油机气缸垫有限元分析

邵阳学院毕业设计（论文）1目录摘要....................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II1引言..................................................................................................................31.1课题的背景....................................................................................................31.2本文的主要研究内容......................................................................................32有限元法和ANSYS与Pro/E简介..................................................................52.1有限元分析方法概述......................................................................................52.2有限元分析的基本思想..................................................................................52.3ANSYS的主要功能......................................................................................62.4ANSYS提供的分析类型..............................................................................72.5Pro/E软件简要介绍......................................................................................93485柴油机气缸垫密封性分析与试验..........................................................113.1影响485柴油机气缸垫密封性的因素........................................................113.2试验.................................................................................................................153.2.1试验方法.......................................................................................................153.3.2试验原理和环境.........................................................................................163.3.3实验结果与分析.........................................................................................164485柴油机气缸垫密封性有限元分析..........................................................184.1实体模型的建立............................................................................................184.2有限元模型的建立........................................................................................224.3边界条件和载荷的施加................................................................................234.3.1位移边界条件.........................................................................................234.3.2接触边界条件.........................................................................................234.3.3载荷边界条件.........................................................................................244.3.4螺栓预紧工况.........................................................................................244.3.5工作工况.................................................................................................24邵阳学院毕业设计（论文）24.4在螺栓预紧工况下有限元计算结果分析....................................................254.4.1缸口部位的密封分析.............................................................................264.4.2润滑油孔的密封分析.............................................................................274.4.3冷却水的密封分析.................................................................................274.5工作工况的485柴油机气缸垫受力分析....................................................294.6结论.................................................................................................................315总结和展望.......................................................................................................32参考文献...............................................................................................................33致谢........................................................................................................................34邵阳学院毕业设计（论文）31引言1.1课题的背景气缸垫位于气缸盖与气缸体之间，又称气缸床，其功用是填补气缸体和气缸盖之间的微观孔隙，保证结合面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封防止气缸漏气和水套漏水。该485柴油机采用的是钢质气缸垫。随着内燃机的不断强化，热负荷和机械负荷均不断增加，气缸垫的密封性愈来愈重要。对结构和材料的要求是：在高温高压和高腐蚀的燃气作用条件下具有足够的强度,耐热；不少损或变质，耐腐蚀；具有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以保证密封，使用寿命长.。随着现代机械设计要求的日益提高，将有限元法运用于机械设计和机械运动分析已经成为必然的趋势，主要体现在：传统机械设计耗费工时，设计周期较长，产品成本较高。传统机械设计是在有限的几个方案中比较或是选择一个比较优秀的方案进行设计的，这就使得设计具有一定的盲目性。将有限元法运用到机械设计中去，可以优化零件形状，降低消耗和成本，提高产品的质量和性能。最为重要的有限元法大大缩短了设计周期，减少了试件的制作。有限元法在产品设计和研究中说显示出的无比优越性，使其成为企业在市场竞争中的有利工具，已经越来越受到工程技术人员的重视。1.2本文的主要研究内容ANSYS是大型的通用有限元软件，其功能强大，可靠性好，具有强大的结构分析能力和优化设计模块，因而被国内外大多数机械行业所采用。本文将基于ANSYS建立485柴油机汽缸垫结构的有限元模型，对汽缸垫结构进行动力学分析。首先，对ANSYS进行了简要的介绍，为汽缸垫结构的有限元分析做好准备工作；然后，以汽缸垫为研究对象，利用ANSYS建立了汽缸垫实体单元模型，然后利用ANSYS对结构的动态特性进行研究，并给出分析步骤。基于有限元技术分析钢质气缸垫受力情况,精确建立气缸垫的实体模型并施加合理的边界条件,在螺栓预紧工况计算结果与试验结果很好吻合的基础上,计算了工作工况下485柴油机钢质气缸垫的密封性能,计算结果表明:在没有非金属材料密封的情况下,邵阳学院毕业设计（论文）4本钢质气缸垫有渗水的可能性。该结论可以为设计人员在钢质气缸垫的设计上提供一定理论依据。邵阳学院毕业设计（论文）52有限元法和ANSYS与Pro/E简介2.1有限元分析方法概述有限元法是一种离散化的数值解法,是用于求解各类实际工程问题的方法。应力分析中稳态的、瞬态的、线性的、非线性的问题及热力学、流体力学、电磁学以及高速冲击动力学问题都可以通过有限元法得到解决。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=RayleighRitz法＋分片函数”，即有限元法是RayleighRitz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的RayleighRitz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。2.2有限元分析的基本思想有限元分析（FEA，FiniteEl