內(nèi)燃機系統(tǒng)動力學仿真

1、內(nèi)燃機系統(tǒng)動力學仿真newmaker一、引言Dynamic Analysisof Mechanical MDI 公司（2002 年被MSC 收購）研制在應用ADAMS ADAMS 虛擬樣機技術(shù)的基本應用過程如圖 1 機模型，利用ADAMS 應用虛擬樣機技術(shù)對內(nèi)燃機模型進行動力學仿真，為汽車內(nèi)燃機的設(shè)計提供了新思路。二、內(nèi)燃機虛擬樣機建模（一）將三維模型導入ADAMS 仿真環(huán)境本文采用美國PTC 公司的Pro/E 作為建模軟件，建立的內(nèi)燃機主體三維模型如圖2 所示。然后利用ADAMS/Exchange 模塊將在Pro/E 中裝配好的內(nèi)燃機模型導入ADAMS/View 環(huán)境下（先將文件轉(zhuǎn)換為.ig

2、s 格式），在這個過程中內(nèi)燃機各個零件之間的裝配關(guān)系是保持不變的，建立的虛擬樣機如圖 3 所示。（二）2.2 材料設(shè)置及運動副的施加將三維模型導入ADAMS 仿真模型，進行系統(tǒng)動力學仿真。本文創(chuàng)建活塞零件材料為鋁合金，其密度和彈性模量設(shè)置如圖 4 所示，同理給連桿、曲軸、氣閥和凸輪軸設(shè)置材料屬性。使用ADAMS/View 中的約束庫在零件之間創(chuàng)建約束副（Constraint），以確定零件之間的連接情況以及零件之間是如何相對運動的。1.將氣缸蓋與氣缸體定義為固定體，與大地（ground）相聯(lián)； 2.凸輪軸與氣缸蓋之間的旋轉(zhuǎn)副（RevoluteJoint）；3.凸輪軸與氣閥之間定義為固體與固體接觸

3、4.四個氣閥與氣缸蓋之間的移動副（TranslationalJoint）；活塞與氣缸體之間的移動副；活塞銷與連桿小頭之間的旋轉(zhuǎn)副；連桿大頭與曲柄之間的旋轉(zhuǎn)副；曲軸與氣缸體之間的旋轉(zhuǎn)副。（三）載荷的施加載荷的施加包括定義氣缸對活塞的壓力、氣閥桿頂端和氣缸蓋之間的彈簧力、凸輪和氣閥 面接觸力、重力加速度。其中，根據(jù)氣缸內(nèi)流體動力學數(shù)值仿真結(jié)果，利用一 個工作循環(huán)內(nèi)的缸內(nèi)壓強數(shù)據(jù)，可以得到氣缸內(nèi)壓強曲線5 所示。圖中自變量X 表示時間（單位為毫秒），因變量Y 表示氣缸內(nèi)氣體壓強（單位為 105 帕）。活塞所受的總的氣體平均壓力為活塞上、下兩側(cè)空間內(nèi)的氣體壓強差與活塞截面積的乘積。在ADAMS 中燃氣

4、壓力采用Spline 函數(shù)進行曲線定義，采用AKISPL 函 數(shù)式進行表達。三、測試和驗證模型特性，如距離、速度、加速度、力、力矩等信息。（一）創(chuàng)建驅(qū)動（Motion）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，將它應用于曲軸與氣缸體之間的旋轉(zhuǎn)副JOINT_revcrank。3000rp0.1m即發(fā)動機的一個工作循環(huán)，仿真類型為動力學仿真。（二）創(chuàng)建測量（Measure）曲軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角利用函數(shù)創(chuàng)建曲軸轉(zhuǎn)角（rotate_angle）的測量參數(shù)，輸入?yún)?shù)表達式0.1PItime度測量方法（BuildMeasureAngle）創(chuàng)建連桿擺角（tilt_angle）的測量?；钊芎狭鞍l(fā)動機的指示轉(zhuǎn)矩 合力將在曲柄連桿機構(gòu)中

5、產(chǎn)生一系列的力和力矩。如圖6 所示，可以將合力F 的傳遞效果。發(fā)動機指示轉(zhuǎn)矩（indicate_torque）/（cos（.engine.tilt_anglePI/180）。四、仿真結(jié)果及分析創(chuàng)建完成虛擬樣機系統(tǒng)模型后，可用ADAMS/View 中的Simulation/Controls 對發(fā)動機主運動系統(tǒng)進行動力學仿真。仿真時ADAMS/View 調(diào)用ADAMS/Solver 進行求解。在仿真開始前，ADAMS/Solver 根據(jù)模型的自由度判斷是進行運動學仿真還是動力學仿真。如果整個0;1 1，則進 行動ADAMS 提供了ADAMS/PostProcessor 以提高ADAMS 仿真結(jié)束后可以得到模型的所有測量參數(shù)及ADAMS 7 11 3000rpm 保持勻速時，活塞和連桿的動力學特性曲線完全符合平衡狀態(tài)下的物理規(guī)律?；钊俣确逯导s為9.8m/s，加速度出現(xiàn)兩個峰值，分別約為3700m/s2 變化的。仿真分析結(jié)果可以作為發(fā)動機進一步性能優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。五、結(jié)束語3D 軟件Pro/E 建立內(nèi)燃機三維模型ADAMS/Exchange 模塊導入ADAMS， 實現(xiàn)了Pro/E與ADAMS的無縫連接，并對內(nèi)燃機虛擬樣機進行了動力學仿真分析。在無虛擬樣機仿真可提供大量的運動學和力學參數(shù)結(jié)果， 這些結(jié)果可用于分析機械系統(tǒng)運動特性，也可用于下次分析的輸入。然而實際中的內(nèi)燃機 以