有限元分析论文范文第1篇
ABC汽车股份有限公司(股票代码：000980)于2003年创立，总部位于浙江永康市，是以汽车整车研发、制造及销售为核心业务的汽车整车制造企业，汽车的品牌标志取自英文ZOTYE AUTO首字母“Z”。ABC汽车是中国首批布局新能源汽车产业化的企业之一，也是国内首家获得工信部颁布的新能源汽车整车生产公告目录的企业。ABC汽车目前拥有ABC汽车、江南汽车两大自主品牌，产品覆盖轿车、SUV、MPV和新能源汽车等领域。目前，ABC汽车在浙江、湖南、江苏、山东等省布局了七大整车生产基地，年生产能力超过48万辆。
集团始终以“谦和诚信、创新务实、追求卓越、回报社会”为企业宗旨，通过提供高品位、高性价比的汽车产品和服务，致力于创造让客户快乐的汽车复合基地。公司下设销售公司，采用特许销售服务店模式和网销模式实现产品销售;同时，公司积极探索新能源汽车新型销售模式。
二、公司各项盈利能力的数据分析
（一）利润的形成分析
结合表2-1与表2-2可以看出：ABC汽车的销售毛利率较低，说明企业盈利能力较差，通过将销售毛利率按利润的扣除项目进行分解后发现影响销售毛利率的主要因素是营业成本占营业收入比重太大，比重均大于76%，由此得出企业若可以强化成本控制，则通过销售获取利润的能力就有很大的成长空间。对于销售净利率而言，ABC汽车销售净利率一直低于10%，但是较好的一点是，企业的销售净利率从2014年开始基本呈现增长的趋势，说明企业盈利能力虽然较低，但是发展趋势较好。针对净资产收益率和总资产净利率而言，在2014—2018年期间两个指标虽是呈现逐年上升的趋势，但水平较低，平均净资产收益率仅为4.69%，平均总资产净利率仅为3.85%，表明企业利用自有资本获利能力较差，进一步说明企业盈利能力较差。
总而言之，由上述财务指标的分析得出，ABC汽车在利用自有资产获利能力方面较差，同时存在成本控制不合理的问题，企业盈利能力也较差，应引起企业管理者的注意。
（二）盈利的增长性分析
从表2-3中可以看出：ABC汽车营业利润从2014年开始一直呈现增长的趋势，利润总额、净利润近五年也一直处于增长趋势，且增长速度较快。其中，2017年三项指标增长幅度大的原因是公司收购永康ABC汽车有限公司所致。此外，值得注意的是，在2014年，公司营业利润呈现负增长，但是利润总额却呈现出正增长，究其原因是2014年我国新能源汽车补贴鼓励政策的支持，说明了ABC汽车对政策依赖程度较高。所以，ABC汽车在通过调整战略提高盈利能力时除考虑并分析市场变化及消费者需求时，还应注意政府动向，避免政策冲击对企业造成的不利影响。
（三）盈利的质量分析
对于销售净现率而言，若企业采取的是谨慎性信用政策，保守的销售方式时，该比率非越接近1越好，但通过搜集资料发现，ABC汽车不属于此类公司，换言之，ABC汽车的销售净现率应越接近1越好，但由上表发现，ABC汽车销售净现率远偏离于1，说明其所实现的营业收入中，现金收入量很少，进一步表明企业盈利质量差。对于净利润现金比率，在分析这一指标时，只有在企业经营正常，既能创造利润，同时现金净流量又为正时才可比，分析这一比率也才有意义。所以在除去比率为负年份后发现企业在2015年盈利质量较高，但在2017年盈利质量较差。同样，现金毛利率整体较低，由此可以反映出企业整体盈利质量不佳。其中2014年、2016年和2018年出现负值的原因是企业应收账款和存货增加所致。
三、盈利能力总体评价
通过以上分析可以得出ABC汽车整体盈利能力呈现逐步增长的趋势，但是增长质量较差的结论，主要存在的问题如下：
（一）应收账款控制存在不足
从销售净现率、净利润现金比率及现金毛利率三个指标在2014年和2016年比率为负值分析得出，企业采取赊销销售的方式占领市场，导致现金链断裂。并且通过ABC汽车披露的年报发现企业的应收账款在逐年增加，通过搜集到的相关资料发现，ABC汽车的应收账款政策宽松，从而应收账款的坏账风险也随之增大。
（二）成本控制存在不足
随着汽车业日益激烈的竞争，消费者追求物美价廉的商品，但对于生产商而言，在追求高销量的同时，还应注意成本与收入的比例。通过ABC汽车销售毛利率较低，进而分析营业成本占营业收入比重大发现，ABC汽车销售存在成本较高，营业收入较少的问题。虽然，ABC汽车目标群体是中低端客户，销售价格低，但仍应在保证质量和数量的前提下尽量减少成本，以保证企业可以良性发展下去。
（三）货币资金利用率低
ABC集团货币资金占流动资产的比例较大，反映了企业对闲置资金利用的不合理。虽然ABC集团手握大量的资金，但是这些资金只是存放在公司的账户上，没有将这一大笔资金投入到企业的经营中，所以ABC集团拥有大量的流动资金，但是这些流动资金并没有为企业带来更多的收益，虽然这些资金增加了企业的偿债能力，但是却明显的降低了企业的资产使用效率，使得企业的盈利能力不能持续增强。
综上所述，企业盈利能力虽然发展趋势较好，存在诸多问题，需要引起企业管理层的密切关注。
四、完善ABC汽车股份有限公司盈利能力的措施
（一）强化成本管理与控制
通过对公司的分析可以得知，公司一直以来的销售毛利率都维持在较稳定的水平，但在剔除必要的部分后，发现企业在经营过程中一直存在营业成本占营业收入比重较大的问题，在制定成本控制方面可以采取以下措施。
1. 注意概念、规划时期的成本控制
(1)设计人员应做好规划设计前的准备工作，与营销部门一起探讨产品设计，形成较为详尽的产品预算方案，据此指导设计规划工作，严格按照预算方案执行，有效的控制成本。
(2)开放产业链，降低零部件生产成本。ABC汽车供应体系封闭而完善，但由于汽车产业链长，环节众多，部分环节公司自己生产供应并未能获得成本技术优势。因此，开放产业链与各环节领先企业合作可以提高零部件质量、降低成本，可以进一步降低产品生产成本。
2. 完善企业货币资金管理
提高ABC汽车的资产使用效率，扩大资产扩张规模是根本途径。在ABC集团上市后的未来一段时间内，可以通过并购，不断挖掘新的利润增长点，即便是在汽车行业大环境不好的情况下，依然可以实现企业的良好发展。另外，货币资金是企业资产的重要组成部分，为了提升货币资金的利用率，企业应加强对货币和资金的整体管理，建立企业货币资金的管理体系和管理制度，纠正企业在货币资金中存在的管理不规范，使用不合理的问题，整体性的提升货币资金的利用率，改善企业货币资金流动的基本情况。
3. 加强应收账款的管理
虽然企业处于高速扩张期需要占领市场，但不应过度赊销产品，避免造成资金链的断裂，而使企业陷入困境。具体措施如下：
(1)制定切实可行的信用政策。企业可通过对客户的品质、账款支付能力、财务状况等信用情况进行评估分析，以此为基础判断客户的信用等级，从而合理制定信用政策，完善客户基本信用信息档案，制定赊销等级制度。信用好的可以适当放宽赊销额度、期限;反之亦然。
(2)企业还应尽量选择对企业最为有利的结算方式，如银行本票、汇票、支票等结算方式，避免使用商业汇票、托收承付等结算方式。
结束语：
近年来，汽车行业发展迅速，行业内各汽车企业普遍持有大量资本，然而由于政府补贴及人民生活水平提高，对车辆需求增加，使企业对未来市场预计过于乐观，销售目标过高，在实际销售中受阻，行业出现产品滞销。通过本文的研究，ABC汽车股份有限公司是一家有较大发展空间的公司，公司盈利能力虽然较差但各项盈利指标基本呈现稳定增长趋势。公司若是在今后的生产经营中，能够加强对资金的控制、减少闲置资金及应收账款数额、合理控制成本费用、提高公司对各项资产的使用效率，那么获得长足发展是指日可待的。
摘要：随着人民生活水平的提高，汽车需求量日益增多，但目前国内汽车正面临着产业结构转型、交通环保双重压力等诸多变化，使得汽车业竞争愈发激烈，在这样的大环境下，汽车制造业如何改善和提高企业的盈利能力成为了企业能否立于不败之地的关键。本文主要对ABC汽车股份有限公司盈利能力的各项财务指标进行分析，通过对ABC汽车股份有限公司的盈利能力进行纵向分析，发现企业存在的问题。然后，根据这些问题，提出完善ABC汽车盈利能力的对策建议。
关键词：ABC汽车股份有限公司,盈利能力
参考文献
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[3] 王继东，杨蕙馨.新常态下中国汽车制造业集中度演变研究[J].东岳论丛，2016,37(06):112-119.
[4] 和国忠.资本结构对企业盈利能力及偿债能力影响研究———以云南上市公司为例[J].会计之友，2019(03):67-70.
有限元分析论文范文第2篇
1热分析应用概述
基于本文的研究内容, 笔者将热分析倾向于作为一种工具来对待, 其应用的广泛性十分明显。例如, 再机械加工的过程中, 成品往往都是由零部件构成的, 而不同的零部件部分在铸造生产中对材料的要求不同, 或硬度较高, 或柔韧性较好, 需要对不同的共建温度进行有效估算和控制;生产者必须明确, 随着温度的变化, 模具、材料的结合形状变化特征、速率、界限, 防止过度加工或热工性不足导致的零部件损坏和缺陷。
鉴于热分析的重要作用, 从十八世纪开始人们就不断研究其应用方式, 最终总结出变量表达的形式, 如早期的热曲线法, 用来分析陶瓷材料, 具体应用中利用电流计、相机底片和切光计。二十世纪初出现了热重分析, 用来研究电绝缘性材料的功能周期以及使用寿命;第二次世界大战结束以后, 热分析技术逐渐在世界范围内引起了重视, 各国科学家也都开始了相应的研究。
上世纪五十年代出现了自动化技术和记录技术, 为热分析的动态性关系研究提供了便利条件, 日本出现了世界上第一胎基于热分析的全自动DTA仪器设备, 随后这一产品开始进入工业体系;真正将热分析技术推向市场化的产品出现在上世纪90年代, 温度调节设备与分布式体系相结合, 打破了长期以来热分析依赖于线性结构的形式, 同时也很好的解决了热容引发的相漂移障碍。
计算机技术成熟以后, 以软件形式展开的热分析工具广泛应用, 可以更好的解决工业领域的大型文体, ANSYS作为一种有限元分析软件, 再解决复杂的力学问题方面、温度变化问题方面等发挥了很好的效果。
2 ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
2.1 ANSYS热分析概述
ANSYS分析软件起源于上世纪70年代, 是一种典型的基于计算机系统产生的分析方法, 该程序早期只作为一个批处理程序, 由于早期的电脑性能较差, ANSYS和一般的软件一样只能在大型计算机上进行使用, 而这也正是它逐渐被应用于工业方向的一个契机。然而, 随着计算机硬件和软件技术的不断发展, ANSYS程序发生了很大的变化, 特别是在被支持的环境方面开始完善, 并融入了子系统、非线性结构等多种类型, 程序的独立性开始出现, 尤其是在加入了交互性以后, 为后期建模提供了有利的支持。
ANSYS分析软件在展开工作中设计交互式图形的验证模式, 例如集合图形、边界条件等, 通过软件分析完成之后, 可以随机产生分析结果, 这种创新性的有限元软件分析方法也正是ANSYS的重要优势;应用者可以随心所欲的针对图形用户或命令流方式展开更改。
“有限元”属于一个数学领域的概念, 指的是一种为求解偏微积分方程边界值问题近似解的数值技术, 本质上说, 再计算温度场中并没有太大的优势, 但基于稳态温度场以及弹性力学的振动问题分析, 能够发挥很好的变化记录;其中的场变量是弹性力学中的位移概念, 可视为是向量场, 而在热分析问题中, 场变量则是温度, 是标量场。从场论角度分析来说, 两者都是矢量范畴。
2.2 ANSYS再热分析中的应用
计算机网络信息技术的快速发展, 极大地推动了软件市场的繁荣, 并促进了软件和硬件的相对分离, 产生专业性的研究。ANSYS有限元程序在此基础上不断的改进、发展, 目前已经实现了8.0版本的发布, 再发挥热分析功能方面优势更加突出。例如, 可以展开辐射问题的计算, 应用的领域更宽、对象更复杂;结合我国目前ANSYS应用领域现状来说, 主要包括钢铁工业、石油化工、轻工业等。
例如, ANSYS钢铁冶金领域的应用, 可以满足复杂工艺、对象的有限元模拟分析。再模拟的过程中, ANSYS针对四辊轧机进行温度场的模拟, 充分考虑了轧辊和轧件之间的瞬态热接触要素, 以及流边界内容, 并满足了温度分布于热凸度的近似计算要求。
3结语
总体来说, ANSYS有限元软件程序再进行热分析数值模拟中具有重要的作用, 并且随着边缘技术的进一步发展, 其应用范围还会进一步提高, 例如在辐射、对流、等离子、反射等因素对温度场的影响下展开的相关研究。
摘要：热分析 (TA) 既是一种方法也是一种工具, 在具体的应用中是针对热力学参数或物理参数随着温度的变化关系而执行的策略, 基于ANSYS有限元分析软件的热分析功能, 现有的应用中将其视为工具的性质更加普遍。本文以下采取这一理念展开对ANSYS有限元软件的研究, 阐述其基本原理、方法在热分析中的应用以及未来发展趋势。
关键词：ANSYS,有限元分析软件,热分析,应用策略,发展趋势
参考文献
[1] 张建峰, 王翠玲, 吴玉萍, 顾明.ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[J].冶金能源, 2004, 05:9~12.
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[3] 杨树耕, 孟昭瑛, 任贵永.有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用[J].中国海洋平台, 2000, 02:44~47.
[4] 郭海鹰.大型通用有限元分析软件ANSYS简介及应用体会[J].无线电通信技术, 1996, 05:51~55.
有限元分析论文范文第3篇
由于无粘结预应力在单个界面内应变的不相容, 其精确分析必须通过整体平衡条件的迭代实现。本文通过Abaqus有限元程序对无粘结预应力进行了模拟分析, 并与实验数据进行了比较, 验证了模型的可靠性。
1 有限元分析
1.1 理论模型的建立
无粘结预应力筋与其周围混凝土之间会发生相对的滑动, 大大增加了模型建立的难度。本文在把结构离散为平面非线性单元的基础上, 将无粘结预应力筋的作用效应转化为节点荷载[1], 以便建立有限元分析的模型。为此, 进行了以下几点假设: (1) 梁截面受力前后的应变服从平截面假定, 且沿截面呈线性分布; (2) 受力后, 粘结性筋与混凝土应变协调; (3) 忽略无粘结预应力筋与孔道或转向块之间的摩擦; (4) 忽略梁的变形。
设预应力筋在单元端部节点i、j处的偏心距为ei、ej, 单元的初始长度为l, 则变形前的连杆单元长度lp0为:
在变形过程中, 体内无粘结预应力梁的ei、ej为常量;体外预应力筋的ei、ej为变量。因此, 在计算筋的应变增量时, 应分别计算。
1.2 模型及材料参数的选择
(1) 模型参数的选择。
体外预应力梁的有限元计算模型主要单元为混凝土梁单元和体内预应力筋桁架单元, 梁单元的轴线和梁的形心轴重合。梁单元和桁架单元的端部节点用多点约束 (MPC) 连接。该约束使梁单元和桁架单元的端部节点具有相同的位移和曲率, 由此模拟端部锚具处体内预应力筋和混凝土之间变形协调.转向块的作用由刚度很大的弹簧 (刚性弹簧) 单元模拟, 体内无粘结预应力筋在梁整跨内的偏心距保持不变。混凝土采用平面梁单元B21, 充分考虑了横向剪切变形和跨高比的影响。体内无粘结预应力筋采用了一维桁架单元T2D2, 假设单元具有不可压缩性。弹簧单元采用Springa, 并去很大的值以保持梁架单元节点和桁架单元节点的距离保持不变。
(2) 材料参数的选择。
混凝土的材料参数依据弥散裂纹模型进行定义, 受压区的混凝土采用Hognestad的应力—应变关系, 其中峰值应变取0.002, 抗拉强度去轴心抗压强度的0.085倍, 极限拉应力区开裂应变的10倍。
预应力筋和非预应力筋的材料参数通过Abaqus的弹性材料模型进行定义, 当预应力筋或非预应力筋的应变到极限应变后, 应力值应强制性地降为零。
1.3 算法的选择
修正后的Riks算法可以较好的处理无粘结预应力混凝土梁在整个加载过程的受力性能变化, 如混凝土开裂、非预应力筋和预应力筋的屈服等。同时可以设定最大荷载比例因子及最大位移, 当任一值超出时分析终止。所以, 选择Riks算法。
表1实验梁材料参数
表2实测值与计算结果的比较
2 实例分析
以Chakrabarti实验为例, 四根体内无粘结预应力的梁 (A1、A2、E13、B3) 的结构为梁跨长3505.2mm、两点集中荷载, 矩形截面139.70×228.60mm2, 配备相同数量的无粘结预应力筋, 两束锚固与梁两端, 无粘结筋直径6.35mm2, A1为纯应力混凝土, 其他为部分预应力混凝土, 其他参数如表1所示。
混凝土材料参数:γ=0.15, ε0=0.002, εu=0.003, α1=α2=1.0;
预应力筋参数:Ep=1 9 3 GP a, fe=1 5 6 2.4 M P a, f0.2=1 7 2 9.8 M P a, ε0.2=0.0 1 5, fpu=1860MPa, εpu=0.035;
非预应力筋参数:fy=4 1 3.6 3 M P a, Es=200GPa。
(1) 体内无粘结筋的极限荷载Pu以及极限应力增量△fps的实验值与计算结果的对比情况如表2所示。
从上表可以看出:Pu值计算结果和实验结果的误差, 除A2外, 基本都小于10%。△fps的误差都在20%以内, 整体上来说, 计算结果是可以接受的。
3 结语
本文讨论了如何利用Abaqus程序对桥梁无粘结预应力进行有限元分析, 通过对理论模型的建立, 程序模块的选择, 以及实例的分析, 可以看出有限元程序Abaqus在分析桥梁无粘结预应力时, 计算结果和实验结果具有较好的符合性, 是一种比较可靠的方法。
摘要：本文详细介绍了有限元程序Abaqus对桥梁体内无粘结预应力及体外预应力的建模过程, 并且通过实例验证了Abaqus在桥梁无粘结预应力的有限元分析中的可靠性。
关键词：无粘结预应力,有限元分析,Abaqus
参考文献
[1] Kang Y J, Scordelis A C.Nonlinearanalysis of prestressed concerte frames[J].Journal of the structural division, 1980, 106 (ST2) :445～462.
有限元分析论文范文第4篇
1 联络通道冻结法计算模型
某地下联络横通道采用人工水平冻结进行施工, 其尺寸及冻结管布置如图1所示, 采用含相变温度场理论非线性有限元程序对冻结施工模拟, 并将冻结帷幕视为热塑性材料, 屈服准则符合Misses准则。根据图1和地质资料建立有限元模型, 如图2所示。未消除模型边界影响, 模型大小水平向和竖向分别取65m、45m, 模型节点共计1609, 单元数共计3089, 横通道周边冻结管用蓝色实心三角形表示, 模型位移边界上部不约束, 左右水平约束, 下边界竖向约束。
2 计算结果分析
冻结时间为40d, 提取冻结第5d、15d、25d和40d时横通道附近土体等温线和冻结区域并分析, 如图3~6所示, 图中细实线为等温线, 粗实线为0℃等温线, 蓝色线表示冻结锋面, 两蓝色线包含区域表示冻结区域。
由图3可以看出, 冻结5d时, 联络通道外部未形成连续的冻结锋面, 只有冻结管周围区域土体温度接近零度, 较远处土体温度场未受影响, 该阶段为冻结初期阶段;当冻结持续15d时, 冻结区域继续扩大, 在联络通道拱部和边墙处基本形成连续的冻结帷幕, 但厚度较小。底板处由于冻结管布置较疏松, 未形成连续的冻结帷幕, 冻结区域基本以冻结管为中心呈同心圆分布, 如图4所示, 该阶段为积极冻结期;当冻结施工持续25d时, 随着联络通道底板处冻结区域交圈成功, 联络通道外部已经形成较为完整的冻结壁, 并且冻结壁的厚度在持续增大, 这也预示着积极冻结期结束, 冻结施工进入下一个阶段——冻结维护期, 如图5所示;图6显示, 在冻结施工至40d时, 冻结区域继续增加, 冻结壁的厚度也已达到施工要求。
图7揭示了冻结管附近区域土体的温度随时间变化曲线, 由图可看出, 在冻结初期, 冻结管附近土体由初始地层温度迅速降低至零度, 进入积极冻结期, 随着冻结管内源源不断供应冷能量, 附近土体的温度持续降低, 直至低至冻结管内循环盐水温度。当冻结施工进入冻结维护期后, 为了保证冻结帷幕大小及厚度, 冻结帷幕持续吸收吸收冷量并与周围土体达到平衡状态, 冻结管附件土体温度不再降低且也进入平衡稳定状态。
冻结锋面为冻结区域与未冻区域交界面, 如图8所示。由图可看出, 在冻结施工初期, 冻结锋面形成较为缓慢, 通道的边墙和拱部冻结锋面呈连续的线状和不连续的圆点状。当冻结时间持续至25天时, 随着底板处冻土区域交圈, 横通道的冻结帷幕基本形成, 但此时冻结帷幕还不稳定, 暂时起不到横通道开挖维护作用要求。当冻结时间持续至40天时, 冻结帷幕面积不断增大, 冻结锋面的轮廓也在不断加大, 由于新冻结区域离中心冻结管越来越远, 冻结帷幕面积的增速已逐渐的降低。
3 结论和建议
(1) 冻结管只对周围一定距离内的地层温度产生影响, 且冻结施工到一定时间后地层温度会维持一个平衡状态。从冻结的各个时期图可看出, 冻结管布置的密度对冻结工期有直接影响。在具体设计过程中, 要结合工程实际情况来考虑冻结管布置位置和数量。
(2) 土层冻结施工到一定时间后, 冻结帷幕的厚度一般不会继续增大, 后续开挖应该在冻结持续一定时间后进行, 否则容易酿成安全事故。
摘要：人工冻结技术作为一种较为成熟的施工方式, 具有适用范围广、加固效果好、费用低、能耗小等优势, 目前在市政和轨道交通领域正在逐步推广应用。本文以某城市地铁隧道联络横通道为背景, 基于温度场理论, 采用有限元软件对其冻结施工过程进行计算分析, 揭示冻结帷幕形成扩展及冻结锋面随时间变化规律, 对类似工程冻结法施工的工程具有一定的指导作用。
关键词：隧道,联络通道,冻结施工,有限元
参考文献
[1] 马芹永.人工冻结法的理论与施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2007.
有限元分析论文范文第5篇
随着柴油机的不断强化, 曲轴的工作条件愈加苛刻, 保证曲轴的工作可靠性至关重要, 其设计是否可靠, 对柴油机的使用寿命有很大影响, 因此在研制过程中需给予高度重视。由于曲轴的形状及其载荷比较复杂, 对其采用经典力学的方法进行结构分析往往有局限性。
目前先进的方法是利用有限元进行分析预测, 评价这些零部件的强度和刚度。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法, 是分析各种结构问题的强有力的工具, 使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。
1 曲轴实体模型建立及导入
1.1 基于P RO/E的曲轴三维实体建模
本文的曲轴模型是在PRO/E中建立的, 曲轴的主体模型是根据曲轴的结构特点, 可先建立一个单拐模型, 再通过旋转、平移、合并而成;最后将主体模型与前、后端模型合并成曲轴的整体模型。
在对曲轴进行简化时, 参考一些机械结构的计算经验, 认为小圆角和细油孔对曲轴整体结构动特性影响很小, 在建模时忽略圆角及直径较小的油道, 协调好计算精度与计算工作量之间的矛盾。
1.2 模型导入ANSYS
曲轴的作用载荷和计算工况是相当复杂的, 同时承受气缸内的气体压力、往复和旋转质量惯性力的作用。作用于曲轴上的载荷主要是通过连杆传到曲轴上的气体压力, 活塞连杆组, 往复惯性力, 连杆轴颈和曲柄旋转惯性力等。准确确定载荷边界条件比较困难。因此在很多情况下, 对边界条件的处理都进行简化假设: (1) 假设各力为集中力; (2) 不考虑各轴颈扭矩及弯矩的作用; (3) 各力均作用在曲拐平面内。
该柴油机曲轴钢架有限元模型如图1所示, 活塞做功顺序为1-2-4-3。
考虑到1缸和4缸, 2缸和3缸做功时曲轴的受力基本上是关于主轴颈中部截面左右对称的, 故只需考虑1缸和3缸两种载荷状况即可。当柴油机曲轴转过180°时的1缸和2缸, 曲轴转过540°时的4缸和3缸, 可以近似看做关于不同位置的重复做功。所以这里对曲轴模型取第1缸单曲拐模型进行计算分析。
将模型导入ANSYS, 网格划分共有节点数17176, 有限元单元数10437。
2 加载约束载荷及边界条件处理
对有限元模型的加载有两层含义:一是加约束;二是加载荷。根据受力分析, 对已经划分完网格的数据模型进行简化, 模拟真实情况下实体所受到的约束与载荷。ANSYS中大多数载荷既可施加于实体模型上也可以施加于有限元模型上。但ANSYS的求解期望所有载荷应该依据有限元模型, 因此, 如果将载荷施加于实体模型, 在开始求解时, ANSYS会自动将这些载荷转换到节点和单元上。
由于曲轴主要是因弯曲而破坏的, 所以不考虑扭转应力。因此为简便起见, 可以假设对于发火的气缸, 当活塞处于上止点位置时、连杆轴颈载荷达到最大值;所以在此只考虑1缸发火状况下活塞处于压缩行程终了, 在上止点位置时的受力状况。
为了限制曲轴沿轴向的刚体位移, 在曲轴单拐模型两端轴心处施加轴向X、Y、Z方向位移约束。对曲轴轴颈上表面施加径向载荷。
3 有限元分析
3.1 外载荷形变位移
对有限元模型分析因外载荷发生的位移载荷形变, 查看曲轴单拐模型X、Y、Z位移。 (1) X方向最大位移发生在曲拐轴颈上部, 其最大值为0.0859mm; (2) Y方向最大位移发生在曲拐轴颈顶部, 其最大值为0.2883mm; (3) Z方向最大位移发生在曲拐轴颈两侧的轴间部位, 其最大值为0.0864mm。
3.2 据分析
曲轴单拐的X、Y、Z方向应力云图说明曲轴在实际工况中受到活塞的压力, 对其产生局部细微的形变。
综合分析, 曲拐最大位移发生在Y方向最大位移发生在曲拐轴颈顶部, 其值为0.2883mm, 占主轴颈直径80mm的比例为0.108%, 其形变量在允许范围内。
查看应力分析图表示曲轴等效应力较大值发生在主轴颈与曲柄相连的过渡圆角处及连杆轴颈与曲柄相连的过渡圆角下部, 最大值发生在短端主轴颈和曲柄臂之间的过渡圆角处, 其数值为91.3MPa。
根据《柴油机设计》中疲劳安全系数计算公式, 求得曲轴的疲劳安全系数为1.38。使用40Cr制造的柴油机曲轴疲劳安全系数许用值为1.3~1.5之间, 因此认为该曲轴强度能达到要求。
4 结语
通过对曲轴工况条件下的有限元分析, 分析了曲轴单拐模型因受外载荷作用发生的位移形变, 查看曲轴单拐模型X、Y、Z位移云图, 对曲轴的最大位移进行讨论, 验证曲轴受外载荷作用发生的位移形变的幅度在允许范围之内。根据第四强度理论应力云图表明曲轴在工作中的最大等效应力未超过其许用应力, 检验了曲轴在实际工况下的强度及安全系数。这在一定程度上说明曲轴在工作中是安全的。
摘要：本课题针对某四缸直列柴油机进行有限元静强度分析。曲轴采用三维建模软件PRO/E对柴油机曲轴进行了符合实际情况的三维建模。曲轴模型通过数据接口导入ANSYS, 在ANSYS中对曲轴模型进行有限元网格划分。对曲轴进行静强度分析, 研究了单个曲拐的变形和应力状态, 检验了曲轴在实际工况下的强度及安全系数。为柴油机改进设计提供了有价值的理论依据。
关键词：曲轴,有限元分析,ANSYS,静强度分析
参考文献
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有限元分析论文范文第6篇
本文利用有限元分析软件Marc, 对复合材料高压气瓶的稳定性进行了分析。得出气瓶满足稳定性要求时应具备的条件, 为结构设计提供了可供借鉴的理论基础和计算方法, 对工程实际具有指导作用。
1 有限元方法简介
有限元法是一种可以获得许多工程问题近似解的数值计算方法。应用有限元法求解弹塑性问题的分析过程, 概括起来可以分为以下几步:
(1) 结构离散化; (2) 选择位移函数; (3) 单元力学特征; (4) 计算等效节点载荷; (5) 整体分析; (6) 应用位移边界条件; (7) 求解结构平衡方程; (8) 计算单元应力
2 高压气瓶的复合材料设计
复合层是承受复合材料高压气瓶内压载荷的主体, 复合层的强度和稳定特性完全决定了气瓶的主要力学性能, 所以复合层设计对确保产品性能的满足非常关键[5]。东方红四号卫星的复合材料高压气瓶的复合材料为碳纤维/环氧树脂, 采用强度性能最好的碳纤维T1000是减轻重量的需求[3], 而环氧树脂的应用是基于工艺成熟性和性能能够满足要求。气瓶内衬是由钛材料制造的薄壁壳体, 功能是密封工作介质并作为缠绕芯模。
3 复合材料高压气瓶稳定性分析
两个曲面所限定的物体, 若曲面间距离比物体的其他尺寸小, 则称为壳体。若壳体的厚度u远小于壳体中面的最小曲率半径r, 即u/r是很小的数值, 则壳体就称为薄壳。根据高压气瓶的图纸描述, 柱段半径为r=172mm, 厚度为u=7mm, 其中钛合金厚0.8mm, 复合材料厚6.2mm。因为u/r=7/172<1/20, 所以该高压气瓶为薄壳结构[5]。
在结构的屈曲分析中, 常用分叉 (Bifurcation) 来描述。分叉点代表结构两个平衡路径的交点, 表征屈曲失稳的萌生位置, 实际结构的另一种失稳形式表现为从一个平衡位置快速通过 (Snap-through) , 跳跃到另一平衡位置, 也称后屈曲, 除此以外, 结构在局部高压应力作用下的起皱和表面重叠也是一种局部失稳形式。
在有限元软件Marc中, 屈曲和稳定性分析考察结构的极限承载能力, 研究结构总体或局部的稳定性, 求解结构失稳形态和失稳路径。按特征值分析屈曲失稳临界载荷是一种简便的稳定性分析方法, 可以获得平衡路径的分叉点。但实际上, 屈曲失稳还受到几何非线性、材料非线性、边界条件非线性以及初始结构不完整性的影响[5]。分析时, 按照是否考虑该类影响, 这类方法又细分成线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
3.1 线性屈曲分析
线性屈曲分析通过提取使线性系统刚度矩阵奇异的特征值来获得结构的临界失稳载荷及失稳模态, 它具有以下特点:
3.1.1线性屈曲分析忽略各种非线性因素和初始缺陷对屈曲失稳载荷的影响, 对屈曲问题大大简化, 从而提高了屈曲失稳分析计算效率。3.1.2
3.1.2 由于未考虑非线性和初始缺陷的影响, 所得失稳载荷可能与实际相差较大。从特征值角度研究失稳, 只能获得结构失稳时各处相对的位移变化大小, 即失稳模态, 无法给出位移的绝对值。
在边界条件上施加30N/mm的edge load, 然后在
纯钛合金高压瓶一阶失稳外力为:
复合材料高压瓶的一阶失稳外力为:30×1.417=42.51MPa
3.2 非线性屈曲分析
在增量加载过程中, 将包含了以往加载历史的各种非线性影响的切线刚度矩阵用于屈曲分析, 提取结构在施加到当前载荷水平后进一步发生失稳时的特征值, 称为非线性屈曲分析。增量的非线性有限元分析易于在刚度矩阵中累积加载过程中各种非线性因素的影响。在增量加载过程中, 用包含加载过程中所有非线性影响的刚度矩阵来评定屈曲特征值, 由此求出的失稳载荷无疑会更接近结构的真实临界载荷值。
对纯钛合金材料高压瓶施加30N/mm的edge load, 对复合材料高压气瓶施加10N/mm的外压。从后处理中可得钛合金材料的节点外力与变形图和图1一样, 一阶屈曲模态如图4。复合材料的节点外力与变形图如图5, 一阶屈曲模态如图6。
由图可知:
钛合金材料高压瓶非线性屈曲失稳外力为:30×1.224=36.72MPa
复合材料高压瓶非线性屈曲失稳外力为:10×1.650=16.5MPa
4 结语
4.1利用有限元软件对两个高压气瓶进行线性屈曲分析, 其中纯钛合金高压瓶一阶失稳外力为73.89MPa, 复合材料高压瓶一阶失稳外力为42.51MPa;4.2 Marc
4.2利用有限元软件Marc对两个高压气瓶进行非线性屈曲分析时, 钛合金高压瓶失稳外力为36.72MPa, 复合材料高压瓶屈曲失稳外力为16.5MPa。表明复合材料高压气瓶稳定性降低。
摘要：为了获得复合材料高压气瓶在满足稳定性要求时应具备的条件, 本文以高性能碳纤维缠绕复合材料高压气瓶为对象, 利用有限元软件Marc对其稳定性进行研究, 并与相同规格的纯钛合金高压气瓶对比, 研究表明复合材料的引入显著提高了高压气瓶的强度, 但稳定性降低。
关键词：高性能碳纤维缠绕复合材料,稳定性,有限元分析,Marc
参考文献
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