cae技術在發(fā)動機開發(fā)中的應用(編輯修改稿)
2024-09-10 11:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 動機，安全因子都大于 ，對于熱態(tài)發(fā)動機，有兩個區(qū)域的安全因子小于 。搭建有限元模型時，在兩區(qū)域太過苛刻的邊界條件（在bedplate和 inlay之間，真實情況存在滑動），如果考慮實際的滑動情況，該區(qū)域的安全因子應該滿足要求。 內(nèi)部區(qū)域亦出現(xiàn)低安全因子區(qū)域，原因同樣為過強的約束。如果考慮局部的塑性變形等，該區(qū)域的安全因子也滿足要求。工藝上，采取滾壓以避免裂紋產(chǎn)生源。 流固耦合分析 發(fā)動機缸蓋熱負荷分析 采用流固耦合分析方法，分析 SSI和 DSI發(fā)動機的溫度場和熱應力。首先，建立發(fā)動機水套的 CFD計算模型，計算發(fā)動機冷卻水與缸蓋壁面的對流換熱系數(shù)和環(huán)境溫度： 圖 1為有限元模型，包括 1/4缸蓋、進排氣閥、座圈、氣門導管，圖 2和圖 3為 CFD計算出的邊 界條件。 ? 模型處理 （ 1）水套壁面的邊界條件采用 CFD軟件計算得到； （ 2）燃燒室壁面的邊界條件采用發(fā)動機熱力學軟件計算得到； （ 3）氣道邊界條件通過實驗數(shù)據(jù)或根據(jù)經(jīng)驗確定； （ 4）建立三維模型后，抽取三維模型的殼網(wǎng)格，將 CFD邊界條件映射至水套壁面，得到水套 壁面的邊界條件，邊界條件的建立過程如圖 4： 圖 4 水套壁面邊界條件建立過程 （ 5）導套與缸蓋、火花塞與缸蓋、氣門座圈與缸蓋之間采用 TIE連接； （ 6）氣門與導套、氣門與氣門座圈間建立接觸模型，接觸面取傳熱系數(shù)； ? 溫度場計算結果 圖 5和圖 6為 SSI和 DSI發(fā)動機缸蓋溫度場計算結果，圖 7和圖 8為 SSI和 DSI發(fā)動機缸蓋熱應力計算結果，圖 9和圖 10為燃燒室壁面溫度測量值與計算值的對比情況： 排氣歧管熱負荷分析 ? 模型處理 由于高熱負荷的作用，發(fā)動機排氣歧管出現(xiàn)裂紋失效，通過流固耦合方法，計算發(fā)動機排氣歧 管的熱負荷，然后，根據(jù)計算結果提出改進方案。對 5個機型進行了耦合計算，解決了各機型 排氣歧管的裂紋失效問題，圖 1為某發(fā)動機排氣歧管的裂紋失效。 隨后，模擬發(fā)動機臺架實驗外流場，計算排氣歧管外壁面的傳熱邊界條件，邊界條件的建立和映射過程同。圖 2為外表面?zhèn)鳠徇吔鐥l件計算的整體和局部CFD網(wǎng)格，圖 3為歧管的網(wǎng)格模型。 排氣歧管內(nèi)表面邊界條件采用一維熱力學和三維 CFD向結合，通過熱力學分析得到 inlet和 outlet 的邊界條件，然后，計算內(nèi)表面 720CRA的瞬態(tài)對流邊界條件，最后，等效成內(nèi)表面的一個循環(huán)的 穩(wěn)態(tài)傳熱邊界條件，并將該邊界條件映射至歧管內(nèi)壁面的表面網(wǎng)格。 圖 4和圖 5為計算得到的歧管外壁面的邊界條件；圖 6和圖 7為計算得到的歧管內(nèi)壁面的邊界條件。 ? 計算結果 圖 8和圖 9為原方案排氣歧管熱應力計算結果；圖 10和圖 11為改進方案 1熱應力分析結果，圖 12和 圖 13為改進方案 2熱應力分析結果 ： 發(fā)動機整機溫度場分析 進行內(nèi)燃機整機傳熱模擬的研究，識別結構熱負荷薄弱環(huán)節(jié)，進行產(chǎn)品的完全數(shù)字化設計， 從而降低開發(fā)周期和成本。建立基于 “ 系統(tǒng) ” 、 “ 三維 ” 、 “ 耦合 ” 概念的內(nèi)燃機整機傳熱模擬模型， 分析模型和分析過程可指導內(nèi)燃機設計過程。 ? 模型建立 內(nèi)燃機的結構模型，包括缸蓋、火花塞、氣閥、缸體、框架、氣缸墊和連接螺栓等，見圖 1； 同時建立發(fā)動機的水套 CFD分析模型，見圖 2；詳細的傳熱模型還應包括潤滑油道的 CFD傳熱模 型： 通過水套的 CFD分析得到水套壁面的對流邊界條件，對流邊界條件向壁面的映射方法同前節(jié)。缸套壁面燃氣側(cè)的邊界條件最難確定，在內(nèi)燃機的一個循環(huán)內(nèi)，壁面分別與燃氣、活塞環(huán)、潤滑油以及曲軸箱流體接觸，準確模擬時，可以考慮潤滑過程和活塞結構，采用熱阻模型，將缸套壁面分段處理后得到壁面邊界條件。工程計算時，為了保證模擬的精度和效率，采用將內(nèi)燃機熱力學計算結果和試驗經(jīng)驗相結合的方法來確定燃燒室壁面的邊界條件。見圖 3。 部件接觸表面之間的傳熱關系采用與距離相關的熱阻模型。通過分析，可以了解 : a 缸蓋的溫度和應力是否滿足設計要求； b 缸套中是否需要搭橋； c 缸套熱變形與機械變形疊加后，能否滿足設計要求。圖 4圖示了某發(fā)動機的溫度場計算結果。 發(fā)動機懸置支架分析 動力總成懸置支架是發(fā)動機的振動傳遞的關鍵部位，對汽車 NVH性能有重大影響。首先 進行動力總成懸置支架的模態(tài)分析（計算固有頻率及振型），結果用于評價懸置支架 的 NVH性能，并對不合理的支架提出修改意見。動力總成懸置支
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