发动机缸内数值模拟现状及发展方向

wmy1980830123

EXCTE  产品介绍


动力单元的非线性动力学(Non-linear Dynamics of Power Units)

        随着动力单元振动和噪声计算技术的不断提高及对这一技术的更高要求，需要有一种逼真
的莫拟人 。AVL的EXCITE计算软件就是专门为这些应用开发的。对曲轴系的所有运动件和
滑动轴承的非线性这动都可以用这一专门的模拟技术进行建模。大量计算结果与实验结果的对比显示用EXCITE对发动机动力学和噪声进行计算结果，这些计算结果与真值非常接近。

应用范围(APPLICATIONS)

        EXCITE是一种发动机设计的优化工具，也可以对已有发动力和动力单元进行分析和优化
。主要应用对象如下：

曲轴系和发动机部件的动力学计算

*        动态负荷和变形的设计分析(隔板、曲轴、连杆、主轴承壁等)
*        ？域中曲轴和飞轮的三维动态计算
*        基于发动机整个工作循环的EXCITE的结果结合有限元分析(FEA)进行应力分析
*        预测动力单元的结构振动(结构表面的绝对速度)
*        识别结构件的潜在噪声
*        分析机械激励的噪声机制
*        低噪声发动机设计的支持优化
*        设计参数的影响(材料，轴承间隙，飞轮和阻尼器设计，曲轴刚度等)

三维的活塞动力学计算

*        接触区域的可视化(油膜中的压力分析)
*        接触区域机油间隙的充填
*        随时间变化的接触压力引起的活塞对缸套的动态激励
*        设计参数对活塞动力学影响的趋势分析(活塞型线，质量分布，活塞销偏移，活塞裙部及缸套的刚度等。)

发动机固定和支架的设计(避免共振的措施)也可由EXCITE得到支持

计算方法(CALCULATION METHOD)

         基本的模拟概念基于将非线性的机系统划分成线性的弹性子系统，在这些子系统之间非线
性连接。这样在模拟模型中线性的弹性体(如缸体，整体运动+振动；曲轴振动+转动)可以通过非常高的非线性连接(如滑动轴承中的油膜或位于缸套内侧与活塞缸套接触的油膜)。这样就可对具有复杂结构的动力单元进模拟，而且在频率可达3KHZ的范围内具有很好的计算效率。弹性体通过用简化结构矩陈的有限元模型代表。向EXCITE的数据转换是通过界面FESOLVERS(有
限元求解器)来组织实现的。曲型的用于声学计算的模型由几十万个DOF(      ) 组成，这些
DOF然后被简化为1，000至3，000个动态的DOF。为实现这一简化，在有限元软件中应用了动、静结合的简化步骤。
         对于发动机零件，如曲轴，连杆和活塞，可用有限元窝积模型或用基于梁和质量的模型。
例如对于不涉及三维活塞动力学细节的计算，来源于AVL计算软件GLIDE的活塞力可以用作激励力并将他们用抛物线逼近法编缉成相应的节点。激励力可以作用于在模拟模型的任何物体上。考虑来自于气门机构和正时驱动的激励时可以应AVL的计算软件TYCON。对于扭转减振器的建模可以用一个平均的，非线性的弹簧/阻尼器曲线来补充。
        由于非线性，所以计算是在时域中进行的。为节省计算时间提供具有变步长功能的节时集
成步骤。计算之后，可将结果转化到频域中去。

特点(FEATURES)

连接：EXCITE的一个重要特纪是连接，EXCITE可以将单独的发动机部件连接起来，模拟间隙和缝隙之间真实的物理作用：
*        EHD：用于滑动轴承和活塞的弹性流体力学
*        HD：用于轴承的，不考虑轴瓦变形，流体力学
*        线性和非线性弹簧/阻尼器功能，例如，轴间轴承
*        活塞导向(单质量活塞模型)
*        发动机固定
*        扭转减振器
*        旋转耦合

轴建模拟器(SHAFT MODELER)

这是一个对于生成象梁-质量类轴模型的很有效的工具。如下列轴系：
*        来自于CAD系统，有限元前处理器和静态有限元分析的数据可以用于轴的复杂部件。
*        将单独的单元(轴的局部)装配起来可以生成总的刚度和质量矩陈，单元刚度矩陈，DOF和几何尺寸
*        模态分析，模式动一及为验证模型提供不平行分析

扩展的自动二维后处理：

AVL通用的三维后处理界面可以提供以下：
*        计算结果的快速预览
*        预制的通用模板，专用的模板可以添加
*        报告自动生成(包括不同情况的对比)

三维动画

在时域中对动态行为，如简化的曲轴系进行可视化和动画显示。

声学后处理：

对于声学应用，可用一个特殊的三维后处理器评价以下内容：
*        表面的最大速度指标
*        表面的正常速度指标
*        总的合成指标
*        选定的频带和结构件的合成指标
后处理是由商用的有限元求解器(FE-SOLVER)对数据进行解压回恢后进行的。

输入数据(INPUT DATA)
*        发动机所有结构的几何数据，及质量，刚度，阻尼矩陈(机体，缸盖，齿轮室，附加件，附件，曲轴，连杆等)
*        发动机主要参数，如缸径，冲程，着火顺序，转速等
*        外部负荷，如气缸压力，发动机扭矩(多为平均值)
*        轴承数据，如直径、宽度，机油粘度，间隙等
*        来自活塞动态计算的力(选项)
*        来自配气机构，正时驱动，喷射系统动态计算的力(选项)

优点(Advantages)

*        可获得噪声水平指标的绝对值
*        可以考虑附加的激励力
*        考虑部件的相互作用(曲轴                     缸体)
*        用其实项目的结果优化校正时
*        图形用户界面(GUI)和预制的模板，可以用于模型的快速生成
*        与MSC/NASTRAN和ANSYS的有限元(FE)接口