专利名称：发动机曲轴动力学分析方法
技术领域：
本发明涉及发动机曲轴动力学分析。
背景技术：
在发动机概念设计阶段预知发动机曲轴动力学的强度以及疲劳是一 件很重要的工作。在概念设计阶段，很多参数都处于未确定的状态，这 些参数要根据发动机曲轴动力学等要求而改变。而发动机曲轴强度以及 疲劳则是一个主要的考虑因素。其影响的因素之多，很难得到具体的影 响因素。假如在生产后进行更改，不仅加长了开发的周期而且也增加了 开发的成本。发明内容本发明公开了 一种发动机曲轴动力学分析方法，具体如下 在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分曲轴、飞轮、皮 带轮、正时齿轮和主轴承座等；使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边 界条件，进行仿真计算；使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解，进行后处理，并对危 险点进行疲劳分析；根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行适当的结构优化。该方法运用EXCITE软件计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得 到发动机曲轴系的结构参数，进而对发动机曲轴系及相关的^艮多零部件 结构参数进行合理的评价，并进行优化计算。实践表明，该方法对于评 价和优化发动机曲轴系的零部件结构参数是快速有效的。
图1:曲轴系的有限元模型；图2:筒易主轴承壁的FE模型；图3:压缩前的主自由度节点；图4:用户界面；图5:曲轴系的EXCI TE仿真模型；图6:提交任务界面；图7:曲轴轴承载荷图；图8:某工况下曲轴系整体受力云图；图9:主轴颈圆角危险点应力图及危险点应力放大图;图10:曲柄销上危险点的应力图；图ll:Smith图。
具体实施方式
现结合附图对本申请的分析方法做进 一 步的说明。1.网格划分1. 1曲轴系网格划分在对曲轴系进行网格划分时，为了保证曲轴系动力学分析的顺利进 行并有较高的计算精度， 一定要保证在圓角处有足够的网格精度，如图1
所示。由于曲轴系的模型较大，计算工况多，所以曲轴系的计算采用子 结构分析法，即模态压缩法。 1.2简易主轴承壁有限元模型筒易主轴承壁FE模型采用六面体网格，要求主轴承壁孔的单元层数 与曲轴主轴颈上单元层数相同，必须是等分等间距的。如图2所示。 2有限元模型压缩采用子结构分析法，直接利用3D实体单元FE模型，定义主自由度 节点。将FE模型中的所有单元压缩到定义的所有主自由度节点上。利用 MSC/PATRAN在主自由度节点处加上一个刚性层RBE2用来分散载荷。如图 3示。利用有限元模态分析求解器MSC/NASTRAN将模型压缩至主自由度节 点上。3 EXCITE模型建立应根据具体问题和所需得到的结果，对分析模型的建模提出要求。 在启动EXCITE之后，插入并定义体单元和连接单元，进行逻辑连接。 用户界面见图4。首先要搭建需要的EXCITE模型，曲轴系的EXCITE模型如图5所示。4 EXCITE仿真计算4.1 EXCITE仿真计算提交任务仿真计算提交任务的过程如图6所示。 4.2轴承负荷计算利用每个工况下各个主轴承座的受力图，如图7所示。可以列出每 个工况下的轴承负荷情况表格，从而确定最大载荷点出现的工况及出现 的位置。
5动应力恢复计算使用EXCITE结构部件的主自由度节点的动力学结果，进行从主自由 度释放到原模型自由度的数据恢复计算。通过有限元软件NASTRAN进一 步分析动态应力，获得整个模型的动态响应解，进而进行疲劳分析。由图9可以确定此工况下模型的主轴颈圆角危险点和曲柄销圆角危 险点的最大应力值，这两者都应小于曲轴材料本身的极限值，曲轴的强 度才能满足要求。 6疲劳分析如图IO为危险点应力曲线图，在指定工况下找到对应曲柄销圆角危 险点的位置。根据AVL的疲劳分析曲线，即Smith曲线图可知此工况下的安全系 数。再由AVL针对不同的材料给出的最小安全因子标准来判断安全系数 是否合理。该方法运用EXCITE计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得到发 动机曲轴的强度及疲劳参数，进而对发动机的曲轴及相关零部件结构参数进行合理的评价，并据此进行改进。实践表明，该方法对于评价发动 机的曲轴结构是极其快速有效的。
权利要求
1、一种发动机曲轴动力学分析方法，包括如下步骤网格划分步骤在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分；缩减求解步骤使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；仿真计算步骤在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边界条件，进行仿真计算；恢复计算步骤使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解；疲劳分析步骤在恢复计算步骤后进行后处理，对危险点进行疲劳分析；评价步骤根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行适当的结构优化。
2、 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于有限元的模型包 括曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮和主轴承座等，在对曲.轴系进行网格 划分时，要保证在圆角处有足够的网格精度。
3、 根据权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于曲轴系的计 算采用子结构分析法。
4、 根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于主轴承壁模型采 用六面体网格，要求主轴承壁孔的单元层数与曲轴主轴颈上单元层数相 同，必须是等分等间距的。
5、根据权利要求1-4任一项所述的分析方法，其特征在于在恢 复计算步骤中，使用EXCITE结构部件的主自由度节点的动力学结果，进 行从主自由度释放到原模型自由度的数据恢复计算。
全文摘要
本发明公开了一种发动机曲轴动力学分析方法，包括如下步骤在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮和主轴承座等；使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边界条件，进行仿真计算；使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解，进行后处理，并对危险点进行疲劳分析；根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行结构优化。该方法运用EXCITE计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得到发动机曲轴的强度及疲劳参数，进而对发动机的曲轴及相关零部件结构参数进行合理的评价，并据此进行改进。
文档编号G06F17/50GK101158989SQ200710166078
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者骆富贵 申请人:奇瑞汽车有限公司