基于虚拟样机技术的内燃机动力学性能研究.doc

河南理工大学2011届本科毕业设计论文

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基于虚拟样机技术的内燃机动力学性能研究
陈金亮（2011届毕业生）
摘要
振动、噪声量级是发动机设计要求的重要指标之一，准确的预测发动机的振声特性是从根本上提高发动机的振声品质、缩短研制周期、提高市场竞争力的重要途径，而准确的激励载荷分析，是进行内燃机振声特性预测和低噪声设计的基础。在此背景下，本文针对S195柴油机的激励载荷分析开展了系列研究工作。
传统的质点力系分析方法和多刚体系统动力学分析方法，由于无法考虑部件弹性的影响，无法满足当代对激励载荷精确分析的需求。本文在考虑部件弹性的基础上，采用多体动力学方法对S195柴油机曲柄连杆机构动力学特性进行了仿真研究，具体内容如下：
1.应用三维CAD软件Pro/E建立曲柄连杆机构的三维实体模型，并进行装配，然后利用Pro/E与动力学分析软件ADAMS的接口，建立曲柄连杆机构的多刚体动力模型。
2.针对建立好的曲柄连杆机构多刚体动力学模型，研究了曲柄连杆机构的惯性力（往复惯性力、离心惯性力）对机体产生的横向干扰力、纵向干扰力和翻倒力矩，以及惯性力的平衡问题。
3.应用有限元分析软件ANSYS生成机构中主要的柔性构件——曲轴的模态中性文件，并利用ADAMS中嵌入的ADAMS/Flex模块，对曲轴进行柔性化，建立了机构的多柔体动力学仿真模型。对比研究了考虑部件弹性对机构动态性能所产生的影响。
4.总结得出了考虑多种影响因素的曲柄连杆机构动力学耦合仿真研究方案。
上述研究工作表明：改变曲轴的质量特性参数（质心的位置、质量的大小），对机体的干扰力有不同程度的影响，其中质心的位置对惯性力平衡有较大的影响；在考虑部件柔性后，激励载荷的变化更加平缓，更真实地反映了机构工作时的实际状态。因此耦合了关键部位柔体的多提动力学建模与仿真分析的方法，是一条行之有效的技术途径，为进一步深入开展内燃机结构动力学响应分析奠定了基础。

关键词：ADAMS；ANSYS；发动机；曲柄连杆机构；惯性力；
Abstract
Vibration,enginenoisemagnitudeisanimportantindicatorofthedesignrequirements,accuratepredictionsVibrationandAcousticcharacteristicsoftheengineisfundamentallyimprovethequalityofenginevibrationandnoise,shortenthedevelopmentcycle,improvethemarketcompetitivenessoftheimportantways,andaccurateIncentiveloadanalysis,VibrationandAcousticCharacteristicsofinternalcombustionengineisapredictableandlow-noisedesign.Inthiscontext,thisincentiveforloadanalysisofS195dieselenginecarriedoutaseriesofresearchwork.
Thetraditionalmulti-particleforcesystemanalysisandsystemdynamicsanalysisofrigidbody,unabletoconsidertheimpactofflexibleparts,unabletomeetloadsofincentivesaccurateanalysisofcontemporaryneeds.Flexibilityinconsideringthispart,basedonthemethodofmulti-bodydynamicsenginecrankS195dynamicswassimulated,asfollows:
1.Usingthethree-dimensionalCADsoftwarePro/Etoestablish3Dsolidcrankmodel,andassembly.Then,withthedynamicanalysissoftwareADAMSinterface,theestablishmentofmulti-rigidcrankpoweredmodels.
2.Crankforthewell-establishedmulti-bodydynamicsmodel,theinertiaoftheconnectingrodforce(reciprocatinginertiaforce,centrifugalforce)toforcethebodytoprod