基于虛擬樣機技術的發(fā)動機子系統(tǒng)設計方法研究.pdf

1、本文以發(fā)動機子系統(tǒng)的零部件設計為研究對象，主要探討虛擬樣機技術在從事上述設計任務的過程中所發(fā)揮的作用。 將課題研究階段的具體工作按照一個宏觀體系逐層展開。對虛擬樣機的功能展開全面的研究，并結合基金項目、工程項目等，將本文對虛擬樣機功能的認識應用到研究工作中，制定技術流程。并在實踐中檢驗本文設計方法的可行性與有效性。 本文在實踐中總結，將虛擬樣機的主要功能歸納為：①性能評估和預測工具；②優(yōu)化設計開發(fā)平臺；③輔助其他分析工具

2、。本文將上述認識轉化為設計方法，包括：動態(tài)優(yōu)化方法、動態(tài)拓撲優(yōu)化方法、動態(tài)輕量化設計方法、多軸疲勞壽命預測方法和動態(tài)平衡設計方法。與此同時，將上述各種方法應用于：動態(tài)特性分析、性能優(yōu)化設計、輕量化設計、強度/壽命預測、平衡特性優(yōu)化等諸多方面。對兩個發(fā)動機主要的子系統(tǒng)——曲軸系和配氣系展開應用研究，研究對象涉及：凸輪型線、氣門搖臂支架、氣缸體、曲軸及平衡重等。 在從事上述設計任務時，本文在以下幾個方面進行了一些嘗試性的創(chuàng)新研究工作

3、： 1) 針對氣門彈簧動力學參數的獲取方法展開討論。基于非線性有限元方法分別對各個簧圈的剛度特性進行模擬； 2) 提出“面向參數化樣機的凸輪動態(tài)優(yōu)化方法”。將虛擬樣機的功能從單純的預測或驗證工具轉變?yōu)閯討B(tài)優(yōu)化設計工具； 3) 提出一種以虛擬樣機為基礎，以拓撲優(yōu)化為核心的動態(tài)拓撲優(yōu)化設計方案。避免了只針對單一工作時刻進行零件拓撲優(yōu)化設計的風險； 4) 針對輕量化設計中的單工況靜態(tài)條件導致的精度低和自動化程度

4、低的問題，提出“基于虛擬樣機的動態(tài)輕量化設計方法”作為解決方案； 5) 在介紹輕量化設計的有限元模型的過程中，提出利用復合多點約束單元建立上述虛擬樣機和有限元模型之間的對應關系； 6) 針對零部件多軸疲勞分析過程中，載荷規(guī)律提取等若干問題，基于虛擬樣機技術進行多軸疲勞壽命預測。該方法還可以作為采用工藝強化措施的依據； 7) 針對多缸發(fā)動機曲軸平衡重設計中的一些問題，基于虛擬樣機對曲軸平衡重進行動態(tài)優(yōu)化設計；解決了