精品毕业设计 2D型活塞压缩机关键零部件的有限元分析.docVIP

目 录 第1章 绪 论 1 1.1 课题的目的 1 1.2 背景 1 1.3 课题内容及意义 3 第2章 活塞式压缩机简介 5 2.1 活塞式压缩机概述以及相关参数 5 2.2 活塞式压缩机分类及结构 7 2.3 活塞式压缩机的工作原理 8 2.4 活塞式压缩机在石油化工工业中的应用 9 第3章 曲轴有限元分析 11 3.1 对曲轴进行有限元分析的重要性 11 3.2 曲轴相关力学计算 12 3.3 曲轴的有限元分析 19 3.4 小结 23 第4章 连杆有限元分析 24 4.1 对连杆进行有限元分析的重要性 24 4.2 连杆相关力学计算 24 4.3 连杆的有限元分析 32 4.4 小结 35 第5章 十字头有限元分析 37 5.1 对十字头进行有限元分析的重要性 37 5.2 十字头相关力学计算 37 5.3 十字头的有限元分析 42 5.4 小结 46 结 论 48 参考文献 49 致 谢 51 绪 论 课题的目的 本次毕业设计的题目是“2D型活塞压缩机关键零部件的有限元分析”。课题的目的是对活塞式压缩机的结构、功能以及应用等方面进行一些基础的了解。重点在于运用ANSYS软件分析2D型活塞式压缩机的关键零部件，并通过对ANSYS软件的学习，掌握该软件完成有限元分析的方法与步骤，并运用软件对毕业设计中具体给定的压缩机实例进行分析，通过完成整个分析过程使自己达到对ANSYS软件的熟练操作，证明ANSYS软件可以简洁快速的完成相关课题的分析。解决以上问题就是本文的中心目的。 背景 活塞式压缩机是容积型压缩机中应用最广泛的一种有限元方法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学、计算力学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法。经过40多年的发展已经使各种不同的有限元方法形态相当丰富，理论基础相当完善，并且开发了一批通用和专用有限元软件，如ANSYS、MSC\NASTRAN、MSC\MARC、ABAQUS和ALGOR等。有限元方法正被日益广泛的用于计算机辅助工程分析（CAE）,并与计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）等集合成一体为计算机整体制造 CIM 。随着新产品设计与产品开发的需求日益增加，产品质量与成本控制越来越严格，有限元计算技术显示出极大的优越性。它可以帮助工业界降低成本，改进质量，缩短产品设计与开发的周期。在众多可用的通用和专用有限元软件中，ANSYS是最为通用和有效的商用有限元软件之一，用户也是最广。ANSYSANSYS 开发,它能与多数CAD 软件接口,实现数据的共享和交换。作为一个流行的工程设计软件，具有三维立体几何构造，计算模拟，虚拟成形试样产品等功能，已被工业界公认为十分有效的计算和分析工具。它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。所以近年来有限元方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。由求解线性工程问题进展到分析非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。例如建筑行业中的高层建筑和大跨度悬索桥的出现，就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题；航天和动力工程的高温部件存在热变形和热应力，也要考虑材料的非线性问题；诸如塑料、橡胶和复合材料等各种新材料的出现，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性有限元算法才能解决。众所周知，非线性的数值计算是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为一般工程技术人员所掌握。为此近年来国外一些公司花费了大量的人力和投资开发诸如MARC、ABQUS和ADINA等专长于求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。1965 年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了30多年的发展历史,理论和算法都已经日趋完善。现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃［５］。 有限元方法是数值计算中的一种离散化方法。用数学术语来说,就是从变分原理出发，通过分区插值，把二次泛函（能量积分）的极值问题转化为一组多元线性代数方程来求解；从物理和几何概念来说，有限元方法是结构分析的一种计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域的发展和应用，其基本思想是将弹性体