CN104318036A - 活塞销孔的有限元网格圆整方法及活塞有限元分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

Description

活塞销孔的有限元网格圆整方法及活塞有限元分析方法

技术领域

本发明涉及机械工业技术领域，更具体地说，涉及一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，还涉及一种活塞有限元分析方法。

背景技术

活塞为一端封闭的筒状接头，其封闭的端部为活塞的头部，活塞的筒状侧壁上设置有销孔，该销孔中朝向侧壁轴线的一端为喇叭口。目前，活塞在设计过程中常采用有限元分析方法。有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(即可和载荷工况)进行模拟，还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无线位置量的真实系统。

进行有限元分析时，需先构建与活塞结构相同的有限元网格，有限元网格的精度直接影响有限元的计算精度。目前，有限元网格是采用有限元软件进行自动或部分自动生成的，而由于几何模型和软件本身精度的限制，所生成的网格和实际要求的零件尺寸有一定的误差，尤其是小角度的喇叭孔(如活塞销孔上朝向活塞内部的喇叭口)经由有限元软件形成的网格在小角度处精度差，影响有限元分析的精度。

综上所述，如何提供一种活塞销孔的有限元圆网格的圆整方法，以避免有限元网格中，活塞的销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，提高有限元分析的精度，以及如何提供一种应用上述圆整方法的活塞有限元分析方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，其用于将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还提供一种应用上述圆整方法的活塞有限元分析方法，具有分析结果精度高的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径R的销孔有限元网格调整为端部为喇叭口，包括：

1)以所述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；

2)利用三角函数关系确定所述销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。

优选的，上述有限元网格圆整方法中，所述步骤1)为：

选取所述活塞有限网格中，活塞的轴线与所述销孔有限元网格的轴线的交点为原点，选取活塞的轴线为X轴，并且使X轴的正方向指向活塞的头部。

优选的，上述有限元网格圆整方法中，所述步骤2)为：

21)确定上述喇叭口段中起始端处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x＝R*cos(atan(x/y))  y＝R*sin(atan(x/y))

22)确定喇叭口段内半径为R’处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x’＝((L-z)*tan(δ)+R)*cos(atan(x’/y’))

y’＝((L-z)*tan(δ)+R)*sin(atan(x’/y’))

其中，L为喇叭口段的起始端到X轴的距离；

z为喇叭口段内半径为R’处网格节点的Z坐标值；

δ为上述喇叭口段上母线与z轴的夹角。

一种活塞有限元分析方法，包括：

1)建立活塞模型，其中活塞模型中销钉孔建立为单一直径；

2)利用如上述技术方案中任意一项所述的有限元网格圆整方法将所述销钉孔调整为喇叭口；

3)利用活塞模型进行分析。

本发明提供一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。

本发明提供的活塞销孔的有限元网格圆整方法，能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。

本发明还提供一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的活塞销孔的有限元网格圆整方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的销孔的结构示意图；

图3为一种活塞销孔的有限元网格应用本发明实施例提供的有限元网格圆整方法后的结构图；

图4为图3中活塞销孔的有限元网格的主视结构示意图；

图5应用本实施例提供的有限元网格圆整方法的活塞的结构示意图；

图6为图5中Ι部分的放大图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，其用于将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明实施例还公开了一种应用上述圆整方法的活塞有限元分析方法，具有分析结果精度高的特点。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6，本发明实施例提供一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。

本发明提供的活塞销孔的有限元网格圆整方法，能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。

上述有限元网格圆整方法中，步骤1)为：选取活塞有限元网格中，活塞的轴线与销孔有限元网格轴线的交点为原点；选取活塞有限元网格的轴线为X轴，并使X轴的正方向指向活塞有限元网格的头部。

具体的，上述实施例提供的有限元网格圆整方法中，步骤2)为：

21)确定上述销孔有限元网格中喇叭口段的起始端处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x＝R*cos(atan(x/y))  y＝R*sin(atan(x/y))

其中，喇叭口段设置在销钉孔上朝向的活塞轴线的一端，且喇叭口段的起始端为直径为R的一端，喇叭口段的末端为直径大于R的一端，即喇叭口段的末端为贴近活塞侧壁内表面的一端；

22)确定喇叭口段内半径为R’处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x’＝((L-z)*tan(δ)+R)*cos(atan(x’/y’))

y’＝((L-z)*tan(δ)+R)*sin(atan(x’/y’))

其中，L为喇叭口段的起始端到X轴的距离；

z为喇叭口段内半径为R’处网格节点的Z坐标值；

δ为上述喇叭口段上母线与z轴的夹角。

该步骤22)中，半径为R’处网格节点的X轴Y轴坐标的推导过程如下：

请参阅图2，由于，x’＝R’*cos(atan(x’/y’))

y’＝R’*sin(atan(x’/y’))

而：R’＝R+(L-z)*tan(δ)

所以：x’＝((L-z)*tan(δ)+R)*cos(atan(x’/y’))

y’＝((L-z)*tan(δ)+R)*sin(atan(x’/y’))

本发明实施例还提供一种有限元分析方法，其包括如下步骤：

1)建立活塞模型，其中活塞模型中销钉孔建立为单一直径；

2)利用上述实施例提供的有限元网格圆整方法将所述销钉孔调整为喇叭口；

3)利用活塞模型进行分析。

本发明提供的活塞有限元分析方法应用了上述实施例提供的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径R的销孔有限元网格调整为端部为喇叭口，其特征在于，包括：

1)以所述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；

2)利用三角函数关系确定所述销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。

2.根据权利要求1所述的有限元网格圆整方法，其特征在于，所述步骤1)为：

选取所述活塞有限网格中，活塞的轴线与所述销孔有限元网格的轴线的交点为原点，选取活塞的轴线为X轴，并且使X轴的正方向指向活塞的头部。

3.根据权利要求2所述的有限元网格圆整方法，其特征在于，所述步骤2)为：

21)确定上述喇叭口段中起始端处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x＝R*cos(atan(x/y))y＝R*sin(atan(x/y))

22)确定喇叭口段内半径为R’处网格节点的X轴和Y轴坐标分别为：

x’＝((L-z)*tan(δ)+R)*cos(atan(x’/y’))

y’＝((L-z)*tan(δ)+R)*sin(atan(x’/y’))

其中，L为喇叭口段的起始端到X轴的距离；

z为喇叭口段内半径为R’处网格节点的Z坐标值；

δ为上述喇叭口段上母线与z轴的夹角。

4.一种活塞有限元分析方法，其特征在于，包括：

1)建立活塞模型，其中活塞模型中销钉孔建立为单一直径；

2)利用如权利要求1-3任意一项所述的有限元网格圆整方法将所述销钉孔调整为喇叭口；

3)利用活塞模型进行分析。