1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題 名 稱 4125A 型柴油機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 1141103044 系、年級(jí)專業(yè) 機(jī)械與能源工程系 指 導(dǎo) 教 師 教 師 職 稱副 教 授2015年 5 月 30 日 III I摘 要曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要受力構(gòu)件之一，也是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的構(gòu)成部件，其尺寸和參數(shù)決定著發(fā)動(dòng)機(jī)整體構(gòu)成以及其性能和機(jī)構(gòu)尺寸與發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性。曲軸的工作環(huán)境決定曲軸受力比較復(fù)雜，曲軸不僅要受壓力，慣性力還要受彎矩，由于曲軸受力比較復(fù)雜，所以在對(duì)曲軸進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要求也比較高。為了避免曲軸在工作時(shí)發(fā)生共振，導(dǎo)致曲軸失效需要對(duì)曲軸進(jìn)行模態(tài)分析，這樣可以求出曲軸共振頻率，以及

2、曲軸在工作時(shí)的振型及其載荷的變化規(guī)律，從而在設(shè)計(jì)時(shí)可以規(guī)避共振對(duì)曲軸損壞，這對(duì)提高曲軸的壽命和可靠性是很有效的。該課題研究的是4125A型柴油機(jī)曲軸有限元分析。通過ANSYS有限元分析軟件對(duì)此柴油機(jī)的曲軸進(jìn)行建模然后進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，由此可以了解曲軸在工作時(shí)所受的工作載荷，以及工作危險(xiǎn)截面和曲軸工作的共振頻率、振型。這樣可以了解曲軸的實(shí)際工作情況，就可以在進(jìn)行曲軸設(shè)計(jì)時(shí)合理的安排曲軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)采取各種措施提高曲軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度更好的規(guī)避曲軸的共振區(qū)間，以提高曲軸設(shè)計(jì)和工作的可靠性，減少開發(fā)周期，從而提高柴油機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 運(yùn)用ANSYS14.0建立曲軸的三維實(shí)體模型以及

3、確定網(wǎng)格單元的相關(guān)參數(shù)類型。先在ANSYS中確定網(wǎng)格劃分精度和網(wǎng)格劃分密度等，然后對(duì)所建立的三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，限制模型的自由度以及對(duì)其進(jìn)行加載力。用ANSYS中的相關(guān)模塊對(duì)所建立的三維實(shí)體模型進(jìn)行靜力學(xué)分析和模分析，就可以的得到相應(yīng)的結(jié)果 關(guān)鍵字：曲軸；模態(tài)分析；有限元分析ABSTRACTCrankshaft is one of the main components of the engine and the important engine of the stress components, the size and parameters determines engine ove

4、rall structure, performance and organization size and engine life and reliability. Crankshaft working environment decided to entertain the crankshaft complex, the crankshaft must not only pressure, inertia force but also by the moment, because the crankshaft accept more complex, so in the design of

5、the crankshaft requirements are relatively high, in order to avoid showing off the crankshaft at work when resonance occurs, resulting in failure of the crankshaft to the modal analysis of the crankshaft, so that we can find the resonance frequency of the crankshaft, and crankshaft at work and the m

6、ode of vibration load variation, which in the design can avoid resonance of crankshaft damage, which to improve the service life and the reliability of the crankshaft isvery effective.The paper is on the study of 4125A diesel engine crankshaft finite element analysis. Through the finite element anal

7、ysis software ANSYS in this regard diesel engine crankshaft modeling and static analysis and modal analysis, then we can know the work load of crankshaft, and dangerous work section and crankshaft of resonance frequency, vibration mode. Thus the actual working condition of crankshaft can be in for t

8、he crankshaft design reasonable arrangement of the crankshaft structure and size to improve the crankshaft design and working reliability, At design time, take various measures to improve the strength of crankshaft resonance interval to avoid the dangerous section of the crankshaft，reduce the develo

9、pment cycle，So as to improve the design quality of the crankshaft of the diesel engine.The use of ANSYS14.0 to build three-dimensional model of the crankshaft and theparameter determination unit and grid type.first in ANSYS determine the meshing accuracy and mesh density, then carries onthe grid div

10、ision of the three-dimensional solid model established, the restricted model degrees of freedom and the for loading. Using ANSYS module in 3D model based on the static analysis and modal analysis.Keywords:Crankshaft; Modal Analysis; Finite element analysis目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc42090560

11、9 摘 要 1緒論現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法在柴油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用柴油機(jī)是所有熱機(jī)中熱效率最高的，也是當(dāng)今人類社會(huì)中應(yīng)用最廣的一種熱機(jī)，它廣泛地應(yīng)用于包括汽車在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，由于市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭，許多企業(yè)希望通過提高轉(zhuǎn)速和增壓等各種方法來提高柴油機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)，以及改善它的經(jīng)濟(jì)性和排放性能等指標(biāo)。在對(duì)通用非增壓柴油機(jī)進(jìn)行增壓改進(jìn)時(shí)，首先考慮的是原發(fā)動(dòng)機(jī)主要受力零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及動(dòng)力性能是否滿足增壓的要求，這要求柴油機(jī)廠商通過技術(shù)積累以及結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)來提高自己的設(shè)計(jì)和制造水平。當(dāng)下市場(chǎng)競(jìng)爭越來越激烈，這就要求不斷退出性能更高的產(chǎn)品并且縮短自身產(chǎn)品開發(fā)周期，以滿足市場(chǎng)需求。同時(shí)，為了提高產(chǎn)品

12、質(zhì)量以及降低生產(chǎn)成本，再設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)需做大量的分析實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的處理，這都增加了設(shè)計(jì)的工作量，依靠傳統(tǒng)手段進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)是不能滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求的。所以當(dāng)前各大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，大量采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法1。柴油機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求便是要保證其主要零部件在設(shè)計(jì)的使用期限內(nèi)可靠的工作，同時(shí)又盡可能的減小柴油機(jī)的體積、重量。為了達(dá)到這一要求，就需要在設(shè)計(jì)過程中評(píng)估柴油機(jī)各個(gè)零部件的強(qiáng)度性能以及其可靠性，這就需要掌握零件的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷等性能以及其應(yīng)力、應(yīng)變的情況。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)有：靜態(tài)的、手工式的、經(jīng)驗(yàn)的，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法具有科學(xué)和動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。這就是說，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是被動(dòng)的和重復(fù)的分析產(chǎn)品

13、性能，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法則可能做到主動(dòng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品和參數(shù)2。現(xiàn)代柴油機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在綜合應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和理論，將復(fù)雜的柴油機(jī)工程問題抽象出來，然后建立該工程問題的物理和數(shù)學(xué)模型，并通過在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析、模擬實(shí)際的工程狀況，這樣就可以在設(shè)計(jì)階段就將柴油機(jī)產(chǎn)品的性能以及未來產(chǎn)品品質(zhì)確定下來。而無需試制出產(chǎn)品在檢驗(yàn)產(chǎn)品的性能，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和理論中的有限元分析技術(shù)和模態(tài)分析在柴油機(jī)設(shè)計(jì)上得到了不同程度的應(yīng)用3。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計(jì)算方法以及有限元分析軟件的發(fā)展。當(dāng)前的國內(nèi)外軟件已經(jīng)從單純的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)展到變量設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)階段，在建立機(jī)體模型時(shí)所需要花費(fèi)的時(shí)間較少，大部分設(shè)計(jì)時(shí)間是用在對(duì)原機(jī)體進(jìn)行

14、調(diào)整和修改，利用 3D CAD 技術(shù)可大大提高設(shè)計(jì)的效率，曲軸的三維實(shí)體模型不但可以對(duì)曲軸進(jìn)行靜力學(xué)分析，還可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算，并且可以方便的轉(zhuǎn)化為二維的工程圖4。柴油機(jī)曲軸有限元分析的目的和意義目前，柴油機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用更加向著大功率、高轉(zhuǎn)速、輕質(zhì)量的方向發(fā)展，與此同時(shí)它的剛度也不斷減小，這使得曲軸等零部件的振動(dòng)更加劇烈了，這直接影響了柴油機(jī)的可靠性和壽命。所以在柴油機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析和模態(tài)分析就成為設(shè)計(jì)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，因此，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的研究，揭示出外界振源與結(jié)構(gòu)本身固有特性之間的關(guān)系具有重要的意義5。這向產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出低振動(dòng)、高強(qiáng)度的柴油機(jī)提供了理論

15、基礎(chǔ)。曲軸是柴油機(jī)的重要部件之一，其尺寸參數(shù)在很大程度上影響著柴油機(jī)整體的尺寸和重量，曲軸也在很大程度上決定了柴油機(jī)的壽命和可靠性，且曲軸承擔(dān)著在柴油機(jī)中承擔(dān)著燃料化學(xué)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)換的功能，因此，改善曲軸的性能在柴油機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)中占有很重要的地位。曲軸也是柴油機(jī)中受力最復(fù)雜的零件，它承受著氣缸內(nèi)氣體作用力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)慣性力以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力引起的周期性變化載荷且要對(duì)外輸出扭矩，所以曲軸要承受交變的扭轉(zhuǎn)、彎曲和壓縮的復(fù)合應(yīng)力，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。在周期性交變載荷的作用下，曲軸在柴油機(jī)工作頻率會(huì)內(nèi)產(chǎn)生共振、附加動(dòng)態(tài)應(yīng)力，導(dǎo)致曲軸過早的出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞破壞和彎曲疲勞破壞。掌握曲軸在工作過程中載荷

16、變化規(guī)律和振動(dòng)規(guī)律，對(duì)提高曲軸壽命和可靠性具有十分重要的意義。柴油機(jī)曲軸有限元分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，汽車工業(yè)作為技術(shù)和知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)一直都是技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的最前端。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用有限元方法解決結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算成為一種有效的輔助設(shè)計(jì)的手段與方法6。有限元方法是結(jié)構(gòu)分析的一種數(shù)值方法，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛應(yīng)用7。有限元方法是結(jié)構(gòu)分析的一種計(jì)算方法，它是矩陣方法在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和彈性力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，它的基本思想是將彈性體劃分為有限個(gè)計(jì)算單元，并對(duì)每個(gè)單元用有限個(gè)參數(shù)來描述其力學(xué)特性，而整個(gè)連續(xù)彈性體的力學(xué)特性可以認(rèn)為是這些小單元力學(xué)特性總

17、和，由此建立起連續(xù)體的力平衡關(guān)系，這種方法常用于復(fù)雜彈性振動(dòng)系統(tǒng)8。作為一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，有限元技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)工程領(lǐng)域。由于其具有較高的簡單的應(yīng)用方法和廣闊的計(jì)算能力深受工程界的歡迎，也是最有效的強(qiáng)度計(jì)算方法9。柴油機(jī)零部件設(shè)計(jì)是有限元技術(shù)最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一10。在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)有限元技術(shù)早已成為一種基本的設(shè)計(jì)手段，如在柴油機(jī)產(chǎn)品開發(fā)中，有限元技術(shù)的應(yīng)用提高了柴油機(jī)零部件設(shè)計(jì)的可靠性，縮短了設(shè)計(jì)周期，大大推動(dòng)了柴油機(jī)工業(yè)的發(fā)展11。盡管目前柴油機(jī)有限元技術(shù)應(yīng)用有了較大的進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在許多的問題，主要有： （1）采用特定類型的單元進(jìn)行有限元分析時(shí)，計(jì)算精度和網(wǎng)格的密度

18、之間沒有可供參考的量化關(guān)系。但對(duì)復(fù)雜的缸蓋、機(jī)體等分析模型，通常情況下，硬件資源很難達(dá)到所要計(jì)算的要求。今后，對(duì)特定的分析課題，這方面的研究具有重要的選題價(jià)值12。 （2）對(duì)大多數(shù)幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件如曲軸等，自動(dòng)生成的有限元網(wǎng)格一般為四面體單元（該種單元精度不高），要達(dá)到一定的計(jì)算精度則網(wǎng)格必須具有相當(dāng)?shù)拿芏然蛱岣邌卧碾A次，這樣增大了計(jì)算量。六面體的使用可以在較小的計(jì)算規(guī)模下達(dá)到較高的計(jì)算精度，但這種單元的網(wǎng)格自動(dòng)劃分是比較困難的。復(fù)雜零部件六面體單元的完全自動(dòng)劃分仍是有限元前處理技術(shù)方面一個(gè)很有意義的課題13。 （3）柴油機(jī)曲軸的工作狀態(tài)一般都比較復(fù)雜，全面準(zhǔn)確地確定它的邊界條件非常困難，

19、特別是作動(dòng)態(tài)分析，確定諸如激勵(lì)等邊界條件時(shí)，問題更為突出。另外，對(duì)鑄造件的分析，鑄造殘余應(yīng)力的確定無論從理論計(jì)算上還是實(shí)驗(yàn)都存在一定困難，影響此類零部件的分析精度14。 （4）基于有限元法的優(yōu)化分析是近年來 CAA（計(jì)算機(jī)輔助分析）領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。有限元方法已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常用方法。但是由于優(yōu)化分析往往需要大量的迭代計(jì)算，特別是對(duì)于最具工程實(shí)用意義的 CAD 技術(shù)，在幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代過程中需要重構(gòu)有限元模型，這樣一方面增加了計(jì)算量，另一方面幾何量變化后有限元模型的重新生成存在困難 15。 但其分析結(jié)果能到滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。1.4本論文的研究內(nèi)容該課題研究的是4125A型柴

20、油機(jī)曲軸有限元分析。通過ANSYS有限元分析軟件對(duì)此柴油機(jī)的曲軸進(jìn)行建模然后進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，由此可以了解曲軸在工作時(shí)所受的工作載荷，以及工作危險(xiǎn)截面和曲軸工作的共振頻率、振型。這樣可以了解曲軸的實(shí)際工作情況，就可以在進(jìn)行曲軸設(shè)計(jì)時(shí)合理的安排曲軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)采取各種措施提高曲軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度更好的規(guī)避曲軸的共振區(qū)間，以提高曲軸設(shè)計(jì)和工作的可靠性，減少開發(fā)周期，從而提高柴油機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在本課題研究是所做的具體工作如下：運(yùn)用ANSYS14.0建立曲軸的三維實(shí)體模型以及確定網(wǎng)格單元的相關(guān)參數(shù)類型。用ANSYS中的相關(guān)模塊對(duì)所建立的三維實(shí)體模型進(jìn)行靜力學(xué)分析和模分析,就可以的得

21、到相應(yīng)的結(jié)果。先在ANSYS中確定網(wǎng)格劃分精度和網(wǎng)格劃分密度等，然后對(duì)所建立的三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，限制模型的自由度以及對(duì)其進(jìn)行加載力。2有限元理論及其分析軟件2.1 有限元分析法彈性力學(xué)基本假設(shè)由于結(jié)構(gòu)有限元分析是以彈性力學(xué)為理論基礎(chǔ)的，它必然遵守彈性力學(xué)的基本假設(shè)11：（1）連續(xù)性假設(shè)：組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿固體的體積，這樣才能保證應(yīng)力、應(yīng)變、位移等物理量作為位置的連續(xù)函數(shù)表示它們的變化規(guī)律。（2）勻質(zhì)性假設(shè)：整個(gè)固體內(nèi)到處有相同的物理性質(zhì)，這樣才能保證各點(diǎn)具有相同的彈性。（3）各向同性假設(shè)：物體在各個(gè)方向都具有相同的物理性質(zhì)，這樣才能保證在每個(gè)方向上都有相同的彈性。（4）完全彈

22、性假設(shè)：載荷取出后變形的物體能夠完全恢復(fù)原形而沒有任何剩余變形量，這樣才能保證單元的應(yīng)力、應(yīng)變符合胡克定律。有限元法的基本原理實(shí)體離散化是有限元法的基本思想，也就是把彈性連續(xù)體分割為有限個(gè)實(shí)體單元，并且這些單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處相連。根據(jù)物體的幾何形狀特征、邊界約束特征、載荷特征等，單元有各種類型，節(jié)點(diǎn)一般在單元邊界上，節(jié)點(diǎn)的位移分量作為結(jié)構(gòu)的基本未知量。這樣就組成有限單元集合體，并引進(jìn)節(jié)點(diǎn)約束條件與等效節(jié)點(diǎn)力，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)目有限，就將原來的無限多自由度的不間斷的實(shí)體等效轉(zhuǎn)換成有限多自由度的有限元計(jì)算模型。2.2 ANSYS 軟件的介紹ANSYS軟件是由20世紀(jì)70年代誕生的美國ANSYS公司研制的

23、大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，computer Aided design）軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 HYPERLINK Creo, HYPERLINK NASTRAN, Alogor, IDEAS, HYPERLINK AutoCAD等 ANSYS是一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)分析以及優(yōu)化并集熱、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件之一。自20世紀(jì)70年代誕生以來，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元思想的快速發(fā)展，以其易操作性、通用性、分析模擬準(zhǔn)確使其在生產(chǎn)生活得到了廣泛的運(yùn)用。ANSYS 廣泛運(yùn)用于

24、機(jī)械工程、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利工程、國防軍工、電子、生物醫(yī)學(xué)科研等領(lǐng)域16。2.3 ANSYS14.0的分析流程（1）分析問題在有限元分析之前，必須對(duì)所分析的問題進(jìn)行考察：所分析問題的領(lǐng)域、怎樣建模、是否可以簡化、載荷是集中載荷還是均勻載荷。（2）建立分析模型 ANSYS14.0的建模有多種方法：自上而下建模、自下而上的建模方法、參數(shù)化建模、從其他軟件中導(dǎo)入。定義單元類型 ANSYS14.0中提供了各種單元類型，如Link、Solid、Beam、Shell等不同的單元類型，我們需要根據(jù)分析類型確定單元類型。定義單元常數(shù)單元實(shí)常數(shù)是由不同的單元類型的特性所決定的，在ANSYS

25、中不一定要定義實(shí)常數(shù)，需要根據(jù)不同的分析問題所確定。定義材料的參數(shù) ANSYS14.0提供的材料特性有：線性的和非線性的;正交異性的或非彈性的;也有隨溫度變化的和不隨溫度變化的，如果定義線彈性材料只需定義其泊松比和楊氏模量。創(chuàng)建幾何圖形創(chuàng)建幾何圖形也就是建模，這是所有分析的前提，所有的分析都需要建立正確地三維模型。（3）網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是有限元分析重要的一環(huán)，網(wǎng)格化分的質(zhì)量和精度直接影響計(jì)算的精度，所以在劃分網(wǎng)格時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)格的質(zhì)量評(píng)估。施加載荷定義分析類型和分析選項(xiàng)在進(jìn)行有限元分析時(shí)需要定義合適的分析類型，ANSYS14.0提供了模態(tài)分析、靜力學(xué)分析、瞬態(tài)分析、譜分析、屈曲分析和諧響應(yīng)分析等

26、不同的分析類型。施加載荷施加載荷是有限元分析的重要組成部分，在ANSYS14.0中有自由度約束、力、表面分布載荷，慣性載荷等。指定載荷步載荷步是指進(jìn)行求解的在和配置，指定載荷步就是指對(duì)載荷步進(jìn)行控制。進(jìn)行求解在上面的設(shè)置完成后對(duì)模型進(jìn)行相關(guān)分析。觀察結(jié)果當(dāng)ANSYS計(jì)算完后就可以通過后處理器對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行觀察、分析和評(píng)估。計(jì)算結(jié)果可以以不同的形式表現(xiàn)出來如通過云圖、圖表和曲線等不同的形式表現(xiàn)出來16。圖2-1有限元分析流程2.4 影響有限元分析精度的因素有限元分析精度主要取決于單元尺寸的選取和插值函數(shù)階次，通常情況下，由于所解決實(shí)際工程問題一般都比較復(fù)雜，不容易確定，所以影響分析結(jié)果的因素也比

27、較復(fù)雜，主要有： 1) 單元類型的選取，不同的單元類型的插值精度和計(jì)算量是不同的，采用三維等插值函數(shù)精度較高,由于其力學(xué)模型更完善,同時(shí)計(jì)算量也比較大。 2) 網(wǎng)格形式，包括網(wǎng)格類型的和網(wǎng)格精度以及網(wǎng)格劃分的密度。但是隨著選擇的計(jì)算精度提高和網(wǎng)格化分密度的細(xì)化，模型計(jì)算分析也會(huì)更復(fù)雜，所以在選擇網(wǎng)格劃分精度和網(wǎng)格劃分密度時(shí)需要考慮計(jì)算機(jī)硬件所能達(dá)到的計(jì)算要求。2.5 提高有限元分析精度地方法 提高有限元分析的精度可以使得分析結(jié)果更精確，更符合工程實(shí)際，提高有限元分析精度的方法有： 1）充分考慮實(shí)際的工程問題，由于建模是會(huì)對(duì)模型進(jìn)行簡化，就需要確定影響數(shù)學(xué)物理方程的因素，使所建立的數(shù)學(xué)模型更合理

28、。這樣才能使分析結(jié)果更接近實(shí)際。 2）通過各種相關(guān)軟件建立更精確合理的三維實(shí)體模型，不同的軟件對(duì)所建模操作復(fù)雜程度不同，選擇操作簡便，建模精度高的軟件，以減小不合理模型對(duì)結(jié)果的影響。 3）通過理論分析確定合理的邊界條件以及合理的加載邊界條件，由于不同的模型在分析時(shí)邊界條件和所受載荷差異較大，所以需認(rèn)真分析模型的邊界條件和所受載荷。使模擬結(jié)果更精確。 4）通過材料實(shí)驗(yàn)，確定材料常數(shù)在不同條件下的變化情況。 5) 選用更精確地差值函數(shù),提高插值精度，不同的差值函數(shù)精度是不同的，階數(shù)越高精度越高，但選擇時(shí)需要考慮硬件水平。6）合理安排精度和計(jì)算規(guī)模的協(xié)調(diào)問題。3柴油機(jī)曲軸三維模型的建立3.1 412

29、5A型柴油機(jī)曲軸簡介本課題研究的是4125A型柴油機(jī)曲軸，相比于單缸機(jī)四缸柴油機(jī)穩(wěn)定性好，同時(shí)柴油機(jī)燃油效率高，并且四缸機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)比較成熟，所以該曲軸廣泛用于汽車、船舶等機(jī)械領(lǐng)域。3.2曲軸三維實(shí)體模型相關(guān)參數(shù)表3.1曲軸的基本參數(shù)主軸頸直徑：85mm連桿軸頸直徑：85mm曲柄壁厚b：23mm曲柄寬度L：132mm曲柄半徑d：76mm主軸頸長度l：50mm連桿軸頸長度：50mm缸徑D：125mm最大爆發(fā)力：7.5MPa轉(zhuǎn)速n：1500r/min行程S:152mm材料：45 鋼表3.2材料的力學(xué)性能彈性模量泊松比密度抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度2GPa0.37800600MPa355MPa3.3 曲軸建

30、模的準(zhǔn)備工作本課題在對(duì)曲軸進(jìn)行三維建模時(shí)，在滿足課題研究的前提下，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)生活對(duì)曲軸模型做了相應(yīng)的簡化工作，在簡化后的模型中沒有平衡重、曲柄的形狀也簡化成在建模時(shí)比較容易創(chuàng)建的形狀以及曲軸上相應(yīng)的潤滑油孔也省略了，這些對(duì)曲軸模型的簡化的措施會(huì)使建模過程簡單易控，但會(huì)使課題的研究結(jié)果偏離實(shí)際，會(huì)導(dǎo)致曲軸的剛度降低，從而使得曲軸共振頻率區(qū)間向下移，（當(dāng)前，發(fā)動(dòng)機(jī)朝著高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展，通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率是一種常用的措施，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍更廣。）建模過程中省略了平衡重也會(huì)加劇曲軸的振動(dòng)，降低曲軸的使用壽命。所以實(shí)際生產(chǎn)生活中可以通過改善曲軸的結(jié)構(gòu)等措施盡可能的提高曲軸的剛

31、度以提高曲軸的共振頻率以及通過添加平衡重防止在曲軸的工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生共振，導(dǎo)致曲軸的失效，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。曲軸的實(shí)體模型如下圖:圖3.1曲軸實(shí)體圖3.2 曲柄側(cè)向簡圖上圖中L為曲柄寬度且L=132，因?yàn)閐1 =85mm d2=85mm d=76mm又因?yàn)椋?.1）所以（3.2）這樣就可以確定主軸頸和連桿軸頸相對(duì)于曲柄中心的位置，這是曲軸建模所必需的計(jì)算數(shù)據(jù)。3.4 曲軸有限元模型的建立 ANSYS程序?yàn)橛脩籼峁┝怂姆N模型生成方法：直接生成法、在 ANSYS中創(chuàng)建實(shí)體模型、在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)建模、參數(shù)化建模。直接生成法直接建模方法是指直接在 ANSYS 中建立有限元模型，而不必先

32、建幾何模型。其方法與較早編制的程序系統(tǒng)基本相同，即先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)和單元編號(hào)，然后輸入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，這種方法是直接建立節(jié)點(diǎn)和單元的編號(hào)，從而建立有限元模型。這種方法對(duì)于小型簡單模型生成比較方便，但是對(duì)于大型復(fù)雜模型的建模非常復(fù)雜，且對(duì)于3D 實(shí)體模型靠人工去劃分網(wǎng)格容易出錯(cuò)。在 ANSYS中創(chuàng)建實(shí)體模型實(shí)體模型在ANSYS程序中包括兩種建模方法：自底向上構(gòu)造實(shí)體模型。這種方法按照點(diǎn)、線、面、體的順序來創(chuàng)建模型首先建立點(diǎn)，再由點(diǎn)生成線，然后由線組成面，最后由面生成體。自頂向下構(gòu)造實(shí)體模型。這種生成實(shí)體的方法比較高級(jí)，在這種方法下ANSYS在生成一種體素時(shí)就會(huì)自動(dòng)生成所有的從屬于該體素的低級(jí)圖元。在計(jì)

33、算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模雖然ANSYS有強(qiáng)大的建模工具但是與專門的CAD軟件比起來還是比較弱的，對(duì)于復(fù)雜的實(shí)體模型可以在CAD軟件中創(chuàng)建，然后再導(dǎo)入到ANSYS程序中進(jìn)行處理。ANSYS14.0提供了豐富的CAD接口，大部分主流CAD文件可以直接導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。ANSYS14.0支持Pro/E、Solidworks、CATIA、UG等設(shè)計(jì)軟件。參數(shù)化建模參數(shù)化建模就是用參數(shù)變量而不是數(shù)字建立和分析模型，在ANSYS程序中除了結(jié)構(gòu)尺寸可以參數(shù)化以外，對(duì)其他特征也可以，如材料屬性、約束數(shù)、溫度、應(yīng)力以及最大縱向變形都可以參數(shù)化17。在實(shí)際生產(chǎn)中曲軸的模型往往比較復(fù)雜，曲軸復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其建模

34、非常復(fù)雜，為了減少建模的工作，在不影響對(duì)曲軸分析的情況下在對(duì)曲軸建模時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的簡化。這些措施可能導(dǎo)致曲軸的分析與曲軸實(shí)際工作情況有偏差。這就需要控制簡化程度，防止分析結(jié)果嚴(yán)重偏離工作情況。曲軸的建立步驟：建立曲軸曲柄的矩形圖元以整體坐標(biāo)原點(diǎn)為矩形的中心建立長為132，寬為48，厚為23的矩形單元,其在ANSYS中的操作如下:GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions輸入坐標(biāo)如下圖：圖3.3 矩形圖元輸入?yún)?shù)圖3.4 矩形圖元移動(dòng)工作坐標(biāo)建立圓柱單元把工作坐標(biāo)向y軸正方向以24，得到一個(gè)新的工作

35、原點(diǎn)，建立下一個(gè)半徑為66，厚為23的圓柱,其在ANSYS中的操作如下:GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions輸入坐標(biāo)如下圖：圖3.5 圓柱圖元輸入?yún)?shù)圖3.6圓柱圖元移動(dòng)工作坐標(biāo)建立下一圓柱單元將工作坐標(biāo)向下移48，同上建立一個(gè)圓柱行圖元，其在ANSYS中的操作如下:GUI:ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions建立如下圖元：圖3.7圓柱圖元移動(dòng)工作坐標(biāo)建立下一圓柱單元 把工作坐標(biāo)向上

36、移62，建立一個(gè)主軸頸圖元，其半徑為42.5，長度為50，其在ANSYS中的操作如下:GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimensions 輸入坐標(biāo)如下圖：圖3.8連桿軸頸參數(shù)圖3.9連桿軸頸生成圖按照以上步驟在ANSYS中通過軟件中的各種命令(圖元?jiǎng)?chuàng)建命令、工作坐標(biāo)的移動(dòng)命令等)建立組成曲軸實(shí)體模型的各個(gè)圖元通過布爾運(yùn)算把各個(gè)圖元連成一個(gè)整體，其在ANSYS中的操作如下: GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddVolum

37、es然后選中所有實(shí)體單元，執(zhí)行該命令，得到曲軸實(shí)體模型圖3.10曲軸模型3.5曲軸網(wǎng)格單元的劃分 將形體結(jié)構(gòu)離散為簡單的單元組合的過程即為網(wǎng)格劃分的過程，劃分網(wǎng)格式有限元分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)格劃分的精度和質(zhì)量直接影響著最終的結(jié)果的精度。網(wǎng)格劃分的步驟為：定義單元屬性-定義網(wǎng)格生成控制-生成網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分一般有3種方法：自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格。自由網(wǎng)格一般對(duì)于形狀沒有嚴(yán)格的限制，也沒有特定的行動(dòng)準(zhǔn)則。劃分的網(wǎng)格一般是三角形或是三角形于四邊形的混合。劃分網(wǎng)格時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體的模型的形狀來自行選擇不同的單元類型、密度以進(jìn)行自由搭配。但會(huì)在特殊情況下會(huì)出現(xiàn)奇異單元。映射網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格一般會(huì)對(duì)單

38、元的形狀限制，映射網(wǎng)格包括映射面網(wǎng)格和映射體網(wǎng)格，這種不易出現(xiàn)奇異單元。 掃掠網(wǎng)格是從一邊界面網(wǎng)格掃掠貫穿整個(gè)實(shí)體模型，將已有的未劃分的實(shí)體生成單元18。定義單元屬性劃分網(wǎng)格之前，必須賦予模型一定的單元屬性，對(duì)不同的模型，選用不同的單元類型。主要包括：定義單元類型（Element type：單元類型應(yīng)該根據(jù)模型的結(jié)構(gòu)來選擇）；定義實(shí)常數(shù)（Real Constants：主要定義截面積、厚度等參數(shù)）定義材料的參數(shù)（Material Props主要定義材料的泊松比、彈性模量、密度的屬性）定義單元坐標(biāo)系19 GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorMaterial PropsM

39、aterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropic輸入材料的彈性模量和泊松比，定義單元的屬性。圖3.11定義彈性模量和泊松比 GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticDensity定義單元的密度。圖3.12定義材料密度劃分網(wǎng)格用所定義的網(wǎng)格單元（brick 8 node 185）(該單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，這種網(wǎng)格能達(dá)到該課題的計(jì)算要求)對(duì)曲軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用智能網(wǎng)格劃分，所用精度為五級(jí)精度（該精度能達(dá)到計(jì)算要求，且計(jì)算量不是很大）

40、，得到節(jié)點(diǎn)數(shù)為14073，單元數(shù)為66687的單元實(shí)體。GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete定義元類型。圖3.13定義網(wǎng)格單元GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool設(shè)置單元的劃分精度進(jìn)行網(wǎng)格劃分。圖3.14曲軸網(wǎng)格圖3.6本章小結(jié)本章對(duì)曲軸進(jìn)行三維實(shí)體模型的建立和對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在對(duì)曲軸進(jìn)行建模時(shí)，對(duì)曲軸模型進(jìn)行了簡化，這有利于減少建模的工作量，但會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際不相符（比如在曲軸過渡處沒有倒角會(huì)導(dǎo)致曲軸在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中，分析結(jié)果會(huì)偏大，還有

41、對(duì)曲柄進(jìn)行了簡化，使得曲軸的剛度下降，也會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果偏離實(shí)際。）4柴油機(jī)曲軸的靜力分析對(duì)以上所建立的曲軸模型施加約束和相應(yīng)的載荷，進(jìn)行曲軸的靜力分析。4.1 施加約束考慮柴油機(jī)的實(shí)際工作狀況，對(duì)曲軸兩端的主軸頸施加X,Y,Z三個(gè)方向的約束，通過以下命令選中所需面并進(jìn)行施加約束，GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas圖4.1限制自由度圖4.2限制自由度效果圖4.2 施加載荷在曲軸第二缸的連桿軸頸施加最大爆發(fā)壓力7.5MPa。它在軟件中的操作如下：GUI:ANSYS

42、Main MenuPreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas圖4.3施加載荷圖4.4載荷施加效果圖4.3柴油機(jī)曲軸的靜力分析在對(duì)曲軸進(jìn)行靜力學(xué)分析時(shí)采用ANSYS默認(rèn)的求解器進(jìn)行求解。圖4.5定義分析類型4.4柴油機(jī)曲軸的靜力分析結(jié)果觀察曲軸靜力分析結(jié)果的路徑如下：GUI: ANSYS Main MenuGeneral PostprocessorPlot ResultsContour PlotNodal SolutionStressvon Mises Stress。圖4.6應(yīng)力云圖4.5結(jié)論分析由分析結(jié)果可知，曲軸危

43、險(xiǎn)截面最大應(yīng)力為67.5MPa，由于曲軸為45號(hào)鋼（抗拉強(qiáng)度600MPa、屈服強(qiáng)度355MPa,安全系數(shù)取S=1.3；）， (4.1) (4.2)但是由于曲軸模型是簡化的，在過渡的地方?jīng)]有倒角，過渡不圓滑會(huì)，導(dǎo)致曲軸在過渡的產(chǎn)生應(yīng)力集中，分析結(jié)果數(shù)據(jù)會(huì)偏大，綜合各個(gè)因素，該曲軸的設(shè)計(jì)方案是比較合理的。由于在進(jìn)行曲軸分析時(shí)沒有考慮曲軸所受的動(dòng)載荷會(huì)使分析結(jié)果有較大的降低。同時(shí)，通過分析可得到曲軸的危險(xiǎn)截面,即可通過相應(yīng)的措施改善曲軸的設(shè)計(jì)（如在危險(xiǎn)截面進(jìn)行倒角，減小應(yīng)力集中）。5柴油機(jī)曲軸的模態(tài)分析5.1 柴油機(jī)曲軸模態(tài)分析的概述 任何物體都有其自己的固有頻率和振型。它們是系統(tǒng)承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)

44、計(jì)中的重要參數(shù)，也是其他動(dòng)力學(xué)分析諸如譜分析、響應(yīng)分析的基礎(chǔ)和前提。這樣一個(gè)系統(tǒng)的固有頻率和振型的分析稱為模態(tài)分析。5.2模態(tài)分析的理論基礎(chǔ) 一般的計(jì)算計(jì)算方法是系統(tǒng)的建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型（以二階微分方程為例），并對(duì)方程進(jìn)行變換，用變換后的方程來描述一個(gè)系統(tǒng)，而這個(gè)方程可以寫成一個(gè)矩形的形式，典型的無阻尼的模態(tài)問題就是求矩陣的特征值問題： （5.1）式中：【M】為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣；【C】為結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣；【K】為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣； 為結(jié)構(gòu)的位移矩陣； 為結(jié)構(gòu)的速度矩陣； 為結(jié)構(gòu)的加速度矩陣； F為結(jié)構(gòu)的載荷矩陣。 若在實(shí)際計(jì)算中不考慮結(jié)構(gòu)的阻尼和外載荷，那么其動(dòng)力方程可以簡化為 （5.2）它的解為：

45、（5.3）振型方程為： （5.4）轉(zhuǎn)化為求廣義特征值的問題，求解后得到N個(gè)方程的特征解就表示了N個(gè)固有頻率和N個(gè)固有振型。5.3模態(tài)分析的基本方法模態(tài)分析的方法有Block Lanczos法、PCG Lanczos法、Reduced法、Unsymmetric法Damped法、QR Damped法、Supermode法。Block Lanczos法:它是ANSYS模態(tài)分析的默認(rèn)求解器，計(jì)算速度快,可以在大多數(shù)場(chǎng)合中使用，無論采用何種命令，Block Lanczos法都可以自動(dòng)采用稀疏矩陣方程來求解，而且在計(jì)算某系統(tǒng)特征值時(shí)所包含一定范圍內(nèi)的固有頻率時(shí)，采用這種方法提取模態(tài)分析十分有效。經(jīng)常應(yīng)用在

46、具體的實(shí)體單元和殼體單元的模型中。PCG Lanczos法：它屬于Lanczos法，所不同的是PCG求解器。當(dāng)提取大型模型的時(shí)候的大型振型時(shí)，這種方法很有效；經(jīng)常應(yīng)用在具體的實(shí)體單元或殼體單元的模型中；在具有或沒有初始截?cái)帱c(diǎn)時(shí)同樣有效；可以很好地處理剛體振型；需要較高的內(nèi)存。Reduced法：如果模型中的集中質(zhì)量不會(huì)引起局部振動(dòng)，例如像梁和桿那樣，可以使用縮減法，即選擇一組自由度來減小【K】和【M】的大小；縮減的剛度矩陣【K】是精確的，但縮減的質(zhì)量矩陣【M】是近似的，近似程度取決于主自由度的數(shù)目和位置；在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱的時(shí)候不推薦此法。Unsymmetric法：該方法采用Lanczos算

47、法適用于聲學(xué)問題（具有結(jié)構(gòu)耦合作用）和其他類似的具有不對(duì)稱質(zhì)量矩陣【M】和剛度矩陣【K】問題：計(jì)算以復(fù)數(shù)表示的特征是和特征向量，實(shí)數(shù)部分是固有頻率，虛數(shù)部分表示穩(wěn)定性的度量，負(fù)值表示系統(tǒng)的穩(wěn)定的，正值表示系統(tǒng)的不穩(wěn)定的。Damped法：阻尼法，該方法采用Lanczos算法。在模態(tài)算法中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯，就要使用阻尼法：例如主要用于回轉(zhuǎn)體動(dòng)力學(xué)中，計(jì)算以復(fù)數(shù)表示的特征是和特征向量，實(shí)數(shù)部分是固有頻率，虛數(shù)部分表示穩(wěn)定性的度量，負(fù)值表示系統(tǒng)的穩(wěn)定的，正值表示系統(tǒng)的不穩(wěn)定的。QR Damped法：能夠比較好的解決大阻尼系統(tǒng)的模態(tài)解，阻尼也可以是任何型，建議要提取足夠多的基頻模態(tài)

48、21。5.4模態(tài)分析的基本步驟（1）建模模態(tài)分析建模與靜力分析相同，主要步驟有：定義單元類型、單元實(shí)參數(shù)、材料性質(zhì)、幾何模型、有限元模型建立等。這里需要注意兩個(gè)問題：在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的。如果指定了非線性單元，它們會(huì)被當(dāng)作線性的。如分析中包含接觸單元，則系統(tǒng)取其初始狀態(tài)的剛度并且不再改變此剛度的值。材料性質(zhì)可以是線性、各項(xiàng)同性或正交各項(xiàng)異性、也可以是恒定或溫度相關(guān)。在模態(tài)分析中必須要定義彈性模量 EX、泊松比以及密度 DENS。而非線性將會(huì)被忽略。GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorLoadsAnalysis TypeNew Analysis定義分析類型

49、圖5.1曲軸分析類型GUI: ANSYS Main MenuPreprocessorLoadsAnalysis TypeAnalysis Options定義模態(tài)分析的方法與頻率范圍。圖5.2模態(tài)分析方法（2）加載及求解首先要定義分析類型、定義載荷以及邊界條件、定義載荷步和定義求解選項(xiàng)，后進(jìn)行固有頻率的求解。（3）模態(tài)擴(kuò)展擴(kuò)展模態(tài)是指將振型寫入結(jié)果文件，如果要在后處理器中察看振型，就必須先進(jìn)行擴(kuò)展。模態(tài)擴(kuò)展的過程是在求解后完成后，再次進(jìn)入求解層，用 MXPAND 命令定義響應(yīng)的參數(shù)，然后再次求解就可以了。（4）觀察結(jié)果模態(tài)分析的結(jié)果被寫入Jobname.rst結(jié)果文件中，包括：固有頻率、振型以及

50、相對(duì)應(yīng)力分布情況。 5.5模態(tài)分析結(jié)果在工作中曲軸并不是處在自由狀態(tài)，而是在機(jī)體內(nèi)工作，是有約束狀態(tài)。根據(jù)曲軸的支撐情況曲軸的計(jì)算模型進(jìn)行約束，約束曲軸兩端主軸頸的所有自由度，其他主軸頸x、y方向的自由度，然后進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法采用 Block Lanczos 方法，計(jì)算出的約束模態(tài)固有頻率。GUI: ANSYS Main MenuGeneral PostprocessorPlot ResultsContour PlotNodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum。下圖是各階模態(tài)的振型圖:圖5.3曲軸第一階模態(tài)振型圖5.5曲軸第二階模態(tài)振型

51、圖5.6曲軸第三階模態(tài)振型圖5.7曲軸第四階模態(tài)振型圖5.8曲軸第五階模態(tài)圖5.9曲軸第六階模態(tài)振型圖5.10曲軸第七階模態(tài)振型圖5.11曲軸第八階模態(tài)振型圖5.12曲軸第九階模態(tài)振型圖5.13曲軸第十階模態(tài)振型通過ANSYS后處理模塊觀察曲軸的變形圖，下圖是曲軸在各階頻率下的變形圖：圖5.14曲軸第一階變形圖圖5.15曲軸第二階變形圖圖5.16曲軸第三階變形圖圖5.17曲軸第四階變形圖圖5.18曲軸第五階變形圖圖5.19曲軸第六階變形圖圖5.20曲軸第七階變形圖圖5.21曲軸第八階變形圖圖5.22曲軸第九階變形圖圖5.23曲軸第十階變形圖5.6 結(jié)果分析4215A 型柴油機(jī)曲軸模態(tài)分析的前 10 階振型圖。第 1 階振型為曲軸左右兩端的局部彎曲振動(dòng)和其它地方的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第 2階振型是曲軸左端的局部彎曲振動(dòng)；第 3階振型是曲軸左端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第 4、5階振型是曲軸整體的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第 6 階振型是曲軸左端的連桿軸頸局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第 7 階振動(dòng)是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第 8 階振型是曲軸整體的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的疊加振動(dòng)；第 9 階振型是曲軸左右端的局部彎曲振動(dòng)；第 10 階振型是曲軸右端的局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，曲軸的各階模態(tài)頻率如下表：表5-1模態(tài)分析的各階頻率表一階頻率二階頻率三階頻率四階頻率五階頻率六階頻率七階頻率八階頻率九階頻率十階頻率1134.5H