汽車發(fā)動機虛擬樣機技術(shù)研究.pdf

1、在產(chǎn)品設(shè)計中，有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)工藝及維護(hù)性能等許多問題都需要在開發(fā)過程的前期得到解決。傳統(tǒng)上，人們借助理論分析和各種比例的實物模型，并參考先前的設(shè)計經(jīng)驗來解決這些問題。由于有關(guān)裝配、操作和維護(hù)的問題往往只會在設(shè)計后期或在最終產(chǎn)品試驗過程中、甚至在投入使用一段時間后才能暴露出來，所以有時產(chǎn)品就不得不返回到構(gòu)造設(shè)計階段以進(jìn)行必要的變更，這樣的產(chǎn)品開發(fā)程序周期長、費用高。產(chǎn)生這個問題的原因是產(chǎn)品在前期設(shè)計階段，缺乏試驗用的樣機，不可

2、能取得足夠的實際經(jīng)驗以避免設(shè)計中潛在的缺陷。 隨著現(xiàn)代計算機仿真和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，虛擬設(shè)計（Virtual Design，VD）技術(shù)的興起將提供解決這些問題的新方法。在設(shè)計初期，可直接在虛擬環(huán)境（計算機環(huán)境）中創(chuàng)建產(chǎn)品模型，即虛擬樣機（Virtual Prototyping，VP），并將其置于虛擬環(huán)境中進(jìn)行試驗。這樣不僅可以使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能得到模擬，而且其人機交互性能也能得到測試，使產(chǎn)品的部分缺陷在最初的設(shè)計階段就能被及時

3、發(fā)現(xiàn)并加以解決，從而可以做出前瞻性的決策和優(yōu)化實施方案。 本文是虛擬設(shè)計理論在動力機械產(chǎn)品設(shè)計中的實踐，以汽車發(fā)動機為對象，將虛擬樣機技術(shù)進(jìn)行了初步的應(yīng)用，實現(xiàn)了仿真方法對內(nèi)燃機設(shè)計的指導(dǎo)作用，將熱動類專業(yè)理論、計算機仿真技術(shù)與CAD進(jìn)行融合，形成一種針對動力機械的高效的設(shè)計方法。 從內(nèi)燃機的樣機設(shè)計到虛擬試驗，完全是在三維可視化數(shù)字環(huán)境下進(jìn)行的。樣機設(shè)計過程是在選定設(shè)計條件后，利用參數(shù)化模型設(shè)計軟件進(jìn)行零件設(shè)計和整機裝

4、配。虛擬試驗包括：結(jié)構(gòu)試驗、熱力試驗、流體動力試驗、機械試驗。其中結(jié)構(gòu)試驗和熱力試驗部分利用有限元仿真工具對內(nèi)燃機的某些部件（如活塞）進(jìn)行了分析，得到了零件應(yīng)力和疲勞強度的分布規(guī)律；流體動力試驗部分利用了計算流體動力學(xué)分析（CFD）工具進(jìn)行了缸內(nèi)過程（如壓縮過程）的流體動力學(xué)仿真，得到了缸內(nèi)流場、溫度場和壓力場的分布和變化規(guī)律；機械系統(tǒng)試驗部分是通過機械系統(tǒng)動力學(xué)分析工具對內(nèi)燃機的主運動系進(jìn)行動態(tài)仿真試驗，得到動力學(xué)參數(shù)在內(nèi)燃機工作時的