SolidWorks+ANSYS电磁直线执行器动圈的有限元分析(3)

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1.3课题研究内容及方法

1.3.1课题的研究内容

电磁直线执行器是电磁驱动气门的重要组成部分,而电磁驱动气门是一个全新的机构，相对于其他机构,与之相关的现有资料少，且电磁驱动气门工况复杂，这都给电磁直线执行器动圈的分析研究带来了很大的困难，所以本课题也仅是在通过建立一个合理的分析模型的基础上，得出合理的仿真分析方案，对电磁直线执行器动圈骨架进行有限元建模与仿真,为进一步深入研究提供可参考的数据。

本课题总结前人在相关领域的研究经验，以电磁驱动气门中的电磁直线执行器作为基本研究对象，将着重研究以下几个问题：

1. 电磁直线执行器动圈的有限元建模。

2. 动圈受力分析，确立有限元分析的边界条件。

3. 通过仿真归纳影响动圈强度的敏感参数。

4. 现有电磁直线执行器动圈强度校核。

5. 动圈结构的改进方案设计。

1.3.2课题的研究方法

本课题根据研究需求和实际情况，采用以下的研究方法：

（1）根据所要研究的电磁直线执行器结构的实际尺寸，利用三维绘图软件SolidWorks建立该零件的精确三维实体模型。

（2）计算机技术的飞速进步和有限元的发展，特别是大型有限元分析软件的出现，已经允许研究人员运用计算机来仿真和模拟试验。本课题在电磁直线执行器的研究中，也将运用相关仿真软件，对其特性进行系统的有限元仿真分析。对几何模型进行适当的简化，采用ANSYS软件，选用合适的单元对电磁直线执行器结构建立分有限元模型，并对电磁直线执行器进行静力学分析，从而改善优化其结构。

2 有限元法与ANSYS简介

2.1 有限元法原理简介

有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。有限元法的基本思路是通过连续体离散化的方法，把一个弹性连续体划分为有限大小的、彼此只在有限个点连接的有限单元组合体来研究，寻求适应控制方程并满足边界条件和连续条件的有效值方法[11]，它是随着计算机技术的发展而出现的一种根据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法。

有限元法的基本思想[11][12]可归纳如下：首先将某个工程结构离散为各种连接单元组成的计算模型，离散后单元与单元之间利用节点相互连接起来，然后用每个单元内所假设的近似函数分片地表示全求解域内待求的未知场变量，每个单元内的近似函数用未知场变量函数在单元各个节点上的数值和与其对应的插值函数表示。由于在相邻单元的节点上，场变量函数具有相同的值，因而可以把它们用作数值求解的基本未知量，并且将求解原函数的无穷多自由度问题转化为求解场变量函数节点值的有限自由度问题，最后利用和原问题数学模型等效的变分原理或加权余量法，建立场变量的代数方程组或常微分方程组，再应用数值方法求解问题的精确解。源[自[751^`论`文]网·www.751com.cn/

2.2有限元法的特点

(1)有限元法能分析较为复杂的结构，利用离散化的方法将实际力学问题转化为关于单元节点参数问题的计算，把关于一个系统的方程转换成一系列线性方程，从而对其求解，虽然它的解是近似的，但由于单元在空间上可以是一维、二维或者三维的，而且每一种单元可以有不同的形状，同时各单元可以采用不同的连接方式，因此适当选择单元的形状与大小，可使近似解达到令人满意的精度[13]。