基于三維有限元法的曲柄銷圓角應(yīng)力分析一、簡(jiǎn)介曲柄銷是常用于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)機(jī)械上的緊定件。在使用過程中，曲柄銷承受著很大的載荷，容易出現(xiàn)圓角處的應(yīng)力集中問題。因此，對(duì)曲柄銷的應(yīng)力分析具有較高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。本文基于三維有限元法，采用ANSYS軟件對(duì)曲柄銷圓角處的應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。具體分析方法和結(jié)果如下。二、模型建立在ANSYS中建立了一個(gè)三維實(shí)體模型，包括曲柄銷和連接桿。連接桿和曲柄銷之間采用鉸鏈連接，約束曲柄銷的兩個(gè)端面和連接桿的一個(gè)端面。曲柄銷的尺寸參數(shù)如下表所示。|尺寸參數(shù)|值||--------|--------||直徑|20mm||長(zhǎng)度|40mm||圓角半徑|1mm||連接桿長(zhǎng)度|100mm|圖1顯示了曲柄銷的三維實(shí)體模型。三、網(wǎng)格生成將三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體單元，具體參數(shù)如下表所示。|網(wǎng)格參數(shù)|值||---------|---------||單元類型|TET10||最小網(wǎng)格|0.1mm||最大網(wǎng)格|3mm||曲柄銷網(wǎng)格|839791||連接桿網(wǎng)格|155292|生成的網(wǎng)格模型如圖2所示。四、分析設(shè)置設(shè)曲柄銷上的圓角處允許的最大應(yīng)力為240MPa，分別對(duì)零載荷和工作載荷兩種情況進(jìn)行應(yīng)力分析。工作載荷為1800N，作用于連接桿的另一端。分別計(jì)算圓角處的主應(yīng)力和主應(yīng)力方向。五、分析結(jié)果零載荷時(shí)的分析結(jié)果如下表所示。||最大主應(yīng)力|主應(yīng)力方向（X/Y/Z）||------------|---------|----------------||圓角|162.2MPa|0.769/-0.570/0.293||圓角對(duì)應(yīng)圓周方向|119.4MPa|-0.685/-0.011/0.729||圓角對(duì)應(yīng)徑向|82.3MPa|-0.285/0.919/-0.273|工作載荷時(shí)的分析結(jié)果如下表所示。||最大主應(yīng)力|主應(yīng)力方向（X/Y/Z）||------------|----------|-----------------||圓角|357.9MPa|0.804/-0.514/0.298||圓角對(duì)應(yīng)圓周方向|262.9MPa|-0.664/-0.048/0.746||圓角對(duì)應(yīng)徑向|181.0MPa|-0.304/0.910/-0.280|根據(jù)分析結(jié)果可以看出，工作載荷下曲柄銷圓角處最大主應(yīng)力達(dá)到了357.9MPa，超過了允許的最大應(yīng)力240MPa，說明曲柄銷存在一定的疲勞破壞風(fēng)險(xiǎn)。在圓角對(duì)應(yīng)圓周方向和徑向方向，主應(yīng)力方向與曲柄銷軸線方向的夾角分別為23.0度和50.7度，說明圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重。六、結(jié)論本文采用三維有限元法，對(duì)曲柄銷圓角處的應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得到以下結(jié)論：-工作載荷下曲柄銷圓角處最大主應(yīng)力達(dá)到了357.9MPa，超過了允許的最大應(yīng)力240MPa，存