1.问题描述
某发动机悬架由两个托架和一个连接销轴组成。两悬架材料为铝合金，连接轴的材料为结构钢，受到温度和发动机机械力的作用。发动机与托架连接部位温度为65.5℃，并且暴露在空气中的表面与空气发生热对流，对流系数为3.79×10-6（mm2·℃），其他相关参数在分析过程中体现。试求发动机悬架的温度分布、热应力及变形。
2.有限元分析过程
（1）启动Workbench 18.0 在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。
（2）创建稳态热分析项目
①在工具箱【Toolbox】的【Analysis Systems】中双击或拖动稳态热分析项目【Steady State Thermal】到项目分析流程图，如图6-19所示。
②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为：Engine stents.wbpj。有限元分析文件保存在D：\AWB\Chapter06文件夹中。
（3）确定材料参数
①编辑工程数据单元，单击【Engi-neering Data】→【Edit】。
图6-19 建立发动机托架分析项目
②在工程数据属性中增加材料，在Workbench的工具栏上单击
工程材料源库，此时的界面主显示【Engineering Data Sources】和【Outline of Favorites】。选择A3栏【General Materi-als】，从【Outline of General materials】里查找铝合金【Aluminum Alloy】材料，然后单击【Out-line of General Material】表中的添加按钮
，此时在C4栏中显示标示
，表明材料添加成功，如图6-20所示。
图6-20 材料属性
③单击工具栏中的【A2：Engineering Data】关闭按钮，返回到Workbench主界面，新材料创建完毕。
（4）导入几何 在稳态热分析项目上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Engine stents.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter06文件夹中。
（5）进入Mechanical分析环境
①在稳态热分析项目上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。
②在Mechanical的主菜单【Units】中设置单位为Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。
（6）几何模型分配材料属性
①给托架1和2分配铝合金材料：单击【Geometry】→【Part】→Ctrl+【Support1，Support2】→【Detail of“Multiple Section”】→【Material】→【Assignment】=Aluminum Alloy。
②连接销轴材料属性默认为结构钢。
（7）几何模型划分网格
①选择【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Defaults】→【Relevance=100】，【Sizing】→【Rel-evance Center】=Medium，【Sizing】→【Element Size】=1.5mm。
②在标准工具栏上单击
，然后选择整个模型，接着在操作树上右键单击【Mesh】，从弹出的菜单中选择【Insert】→【Method】；【Automatic Method】→【Detail of“Automatic Meth-od”Method】→【Definition】→【Method】=Hex Dominant，其他默认。
③生成网格，选择【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成六面体网格模型，如图6-21所示。
④网格质量检查，在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Skewness，显示Skewness规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。
（8）施加边界条件
①在操作树上，单击【Steady State Thermal（A5）】。
②对托架施加温度载荷，在标准工具栏上单击
，运用点选施加点温度值的方式分别选择两托架两螺栓孔中间处的点。在工具栏上选择【Temperature】→【Details of“Tempera-ture”】→【Definition】→【Magnitude】=65.5℃，如图6-22所示。
图6-21 网格划分
图6-22 施加温度
③对托架施加对流负载，在标准工具栏里单击
，然后选择两托架的所有外表面，其中螺孔内面和装配外面不选。在工具栏上选择【Convection】→【Details of“Convection”】→【Definition】→【Film Coefficient】=3.79e 6W/mm2·℃，【Definition】→【Ambient Tempera-ture】=10℃，如图6-23所示。
图6-23 施加托架的热边界条件
④对连接销轴施加对流负载，在标准工具栏里单击
，然后选择连接销轴的外表面，其中螺孔内面和装配外面不选。可先隐藏两托架，然后再选。在工具栏上选择【Convection】→【Details of“Convection”】→【Definition】→【Film Coefficient】=3.79e 6W/mm2·℃，【Defini-tion】→【Ambient Temperature】=10℃，如图6-24所示。
（9）设置需要的结果
①在导航树上单击【Solution（A6）】。
②在求解工具栏上单击【Thermal】→【Temperature】。
(www.xing528.com)
图6-24 施加轴对流边界条件
（10）求解与结果显示
①在Mechanical标准工具栏上单击
进行求解运算。
②运算结束后，单击【Solution（A6）】→【Temperature】，图形区域显示稳态传热计算得到的温度变化，如图6-25所示。
图6-25 温度分布
（11）创建静力学分析 返回到Workbench窗口，右键稳态热分析项目上的单元格【So-lution】→【Transfer Data To New】→【Static Structural】，如图6-26所示。
（12）施加边界条件
①返回到【Mechanical】分析环境。
②选择【Static Structural（B5）】，可以看到有【Imported Load（A6）】项，该项链接的是前面热分析结果中输入的数据，此处为温度数据，也即上一步的结果作为静力分析的一个边界，可以看到相关项，如图6-27所示。
图6-26 创建静力学分析
图6-27 温度载荷
③施加负载，在标准工具栏上单击
，选择第一个托架上的邻近端部处螺栓孔的内表面，在工具栏上选择【loads】→【Force】→【Detail of“Force”】→【Definition】→【Define By】→【Compo-nents】：X Component=0N，Y Compo-nent=-2800N，Z Component=2550N，如图6-28所示。
④在标准工具栏上单击
，选择第二个托架上的邻近端部处螺栓孔的内表面，在工具栏上选择【loads】→【Force】→【Detail of“Force2”】→【Definition】→【Define By】→【Components】：X Component=0N，Y Component=-2800N，Z Component=-2550N，如图6-29所示。
图6-28 施加载荷
⑤施加约束条件，在标准工具栏上单击
，然后选择连接销轴两个螺栓孔的内表面，在工具栏上选择【Supports】→【Fixed Support】，如图6-30所示。
图6-29 施加载荷
图6-30 施加约束
（13）设置需要的结果
①选择【Solution（B6）】。
②在求解工具栏上选择【Deformation】→【Total】。
③在求解工具栏上选择【Stress】→【Equivalent（Von Mises）】。
（14）求解与结果显示
①在Mechanical标准工具栏上单击
进行求解运算。
②在导航树中选择【Solution】→【Total Deformation】，图形区域显示在载荷作用下得到的总热变形的变化，如图6-31所示。
③在导航树中选择【Solution】→【Equivalent stress】，图形区域显示在载荷作用下所得到的热应力变化，如图6-32所示。
图6-31 热变形
图6-32 热应力
（15）保存与退出
①单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechanical】退出环境，返回到Work-bench主界面，此时主界面的项目管理区中显示的分析项目均已完成。
②单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。
③退出Workbench环境，单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成项目分析。
点评：本实例是发动机托架热应力分析，包含两方面，一方面是稳态热分析，另一方面是线性静力分析；除了创建导热材料和施加热载荷，还需注意如何把稳态热分析结果施加到对应结构部件上。热应力分析是常见分析类型。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
