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基于数值模拟的发动机连杆强度分析及结构改进
程彬彬
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】连杆是发动机的重要组成零件之一,在各种载荷的作用下,容易出现塑性变形、断裂而导致失效。
为了分析连杆在工作过程中的应力大小及分布情况是否满足强度设计要求,通过SolidWorks软件建立了连杆的三维模型,将连杆的三维模型导入ANSYS Workbench中建立了连杆的结构力学有限元分析模型,并对其进行最大拉伸工况和最大压缩工况下的数值模拟分析。
结果表明,连杆在最大拉伸工况下的最大等效应力大于材料的许用应力,需要对连杆结构进行改进,以满足连杆的强度设计要求。
改进后,连杆最大拉伸工况下的最大等效应力由原来的392.16 MPa降低至223.38 MPa,下降43.04%,最大压缩工况下的最大等效应力由原来的164.02 MPa降低至160.68 MPa,下降2.04%。
改进后的连杆在两种工况下的最大等效应力均小于材料的许用应力,满足了强度设计要求,该研究为发动机连杆或其他类似产品的结构设计提供了一种思路和方法。
【总页数】3页(P18-20)
【作者】程彬彬
【作者单位】桂林信息科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK403
【相关文献】
1.车用发动机连杆强度分析与结构改进
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5.基于数值模拟的汽车摆臂强度分析及结构改进
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机械工程中的气动力学分析与优化设计概述：机械工程中的气动力学分析与优化设计是一门关于流体力学在机械系统中应用的学科。
它研究的是流体在机械系统中的运动规律和相应的力学问题，通过理论和实验手段进行气动力学分析，从而对机械系统进行优化设计，提高其性能和效率。
一、气动力学基础气动力学是研究气体流动的力学学科。
在机械工程中，气动力学分析主要侧重于流体的速度、压力、密度等参数的变化规律以及流体与机械结构之间的相互作用。
气动力学基础理论包括流体的连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述气体在机械系统中的流动过程。
二、气动力学分析方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的气动力学分析手段。
通过建立数学模型和计算方法，对机械系统中的流体流动进行模拟和计算。
数值模拟方法可以通过计算流体力学（CFD）软件对复杂的气动力学问题进行高精度的数值模拟，从而获得流体的速度、压力、温度等参数分布情况，为机械系统的优化设计提供准确的依据。
2. 实验方法实验方法是气动力学分析的重要手段之一。
通过实验设备和测量仪器对机械系统中的流体流动进行观测和测试，获取实际数据并进行分析。
例如，通过安装压力传感器和风洞实验，可以获得流体在机械系统中的压力分布情况，从而评估系统的气动性能，并优化设计。
三、气动力学在机械工程中的应用气动力学在机械工程中有广泛的应用，涉及航空航天、汽车工程、风力发电等多个领域。
以下举几个例子说明气动力学在机械工程中的重要性。
1. 飞机设计在飞机设计中，气动力学分析是关键的一环。
通过对机翼、机身等气动构件的流场分析，可以优化设计飞机的升力、阻力、起飞和降落等气动性能参数，提高飞行效率并降低能耗。
2. 汽车设计在汽车设计中，气动力学分析同样起着重要的作用。
通过优化车身外形以减小风阻，可以提高汽车的燃油经济性和驾驶稳定性。
此外，气动力学还可以作为汽车安全性评估的重要参考，分析车辆在高速行驶时的空气动力学性能，提高行车安全性。
某乘用车气动造型设计及优化研究李小梅; 陈丹华; 王田修; 李书阳; 庞崇剑【期刊名称】《《装备制造技术》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】4页(P39-42)【关键词】空气动力学; 风洞试验; CFD; 优化分析【作者】李小梅; 陈丹华; 王田修; 李书阳; 庞崇剑【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】U4610 引言空气动力学特性是汽车的重要特性之一，直接影响到汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性[1]。
汽车的气动阻力与车速的平方成正比，气动阻力所消耗的功率与燃油又与车速的立方成正比。
通过汽车空气动力学的研究来降低汽车气动阻力、提高燃油经济性。
尤其汽车在高速行驶时，空气动力性能会直接影响操纵稳定性能和安全性能，所以对汽车空气动力学进行研究是非常必要的。
本文利用CFD数值模拟方法对某乘用车外流场进行了空气动力学分析及优化，并与风洞试验结果进行对比。
1 理论基础流体流动要受到物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
由三个守恒定律联立得到N－S方程组，N－S方程组是流体流动所需遵守的普遍规律。
目前工程上应用最广泛的是雷诺时均N-S方程[2]：其中i=1，2，3表示坐标三个方向，xi是坐标的三个分量。
在水平路面上等速行驶的汽车，驱动力全部用来克服滚动阻力和气动阻力。
假设汽车前后的滚动阻力相同，汽车的重力和气动升力均匀分布在四个车轮上，则汽车的最大车速可表示为[3]：其中Vmax为最高车速，Fmax为最大驱动力，G为车重，f为滚动阻力系数，A为汽车正投影面积，CD为汽车气动阻力系数，CL为汽车气动升力系数。
可见在最大驱动力时，车重及其它因素不变的情况下，最高车速取决于气动阻力系数和气动升力系数。
显然减小气动阻力系数可提高最高车速[3]。
2 仿真分析与优化2.1 有限元模型建立计算模型为某小型乘用车，把整车模型按1∶1的比例导入到前处理软件中建立三维模型，对车身模型进行简化处理，整车模型基本包括所有对风阻有影响的大部件，计算模型如图1所示。
基于PowerFlow的重型载货汽车前扰流板气动特性分析随着重型载货汽车设计的不断发展，前扰流板作为一种重要的气动装置被应用到越来越多的车型中，其优越性能在工程上也被广泛认可。
在重型载货汽车运行过程中，前扰流板对气动特性的影响非常明显，对于提升汽车的稳定性和减少油耗有着非常重要的作用。
本文主要基于PowerFlow软件对重型载货汽车前扰流板进行气动特性分析，通过绘制3D模型和设定工况条件，对前扰流板的气动流场和气动力学特性进行了详细研究，并探究了不同工况下前扰流板的作用机理和优化方式。
首先，利用CAD软件建立重型载货汽车的3D模型，包括车头、前挡风玻璃、车身和货箱等部件，然后在PowerFlow中进行模拟分析。
在模拟分析中，将汽车的运行速度设置为70km/h，车辆的前进方向与风向夹角设定为0度，使得汽车正面受到来自风的冲击，然后将前扰流板加入模型中，并分别对35度和45度两个倾角进行测试研究。
经过分析发现，加入前扰流板的汽车会在车头和前侧出现高压区域，同时在后侧出现低压区域。
这种高压和低压的压力分布形成了一股向车尾的气流，对于减少汽车行驶时的气动阻力有着显著的促进作用。
同时，对于前扰流板倾角的选择，当倾角为45度时相比于35度时更为有效，因为45度的倾角可以更好地引导空气流动，进一步减少汽车行驶时的气动阻力。
此外，通过对比不同倾角下前扰流板上方与下方的气流压力分布情况，我们发现增加倾角可以有效促进汽车行驶时的空气流动，并且能够让高压区域更稳定地被保持。
因此，在实际应用中，应考虑逐渐增加前扰流板的倾角以及提高其位置，以更好地减少汽车行驶时的气动阻力和提升汽车的稳定性。
综上所述，本文通过使用PowerFlow进行了重型载货汽车前扰流板的气动特性分析，对于求解前扰流板的作用机理以及进行优化设计提供了一定的参考依据。
通过综合分析实际应用中前扰流板的摆放角度、位置等因素，能够进一步提高汽车的运行效率和稳定性，从而更好地满足现代物流行业的需求。
基于Virtual Wind Tunnel的某重型牵引车外气动性能分析Aerodynamic Performance Analysis of a Heavy TractorBased on Virtual Wind Tunnel张克鹏（陕西重型汽车有限公司陕西西安710200）摘要：车辆在高速行驶过程中，大部分的动力都要用来克服空气阻力，而空气阻力与整车的风阻系数成正比。
因此，降低整车风阻系数就成了整车设计过程中考虑的主要因素。
文章利用Altair公司有限元软件HyperWorks中的Virtual Wind Tunnel模块进行某重型车整车外流场分析，相比较传统CFD分析前处理工具，Virtual Wind Tunnel 采用为汽车外流场定制的流程化建模策略，能够避免很多其他因素干扰。
根据分析结果提出增加导流罩来优化整车外气动性能，结果表明：增加导流罩后整车风阻系数较原来有显著降低，该方法为某重型车气动性能优化设计提供理论依据。
关键词: Virtual Wind Tunnel 重型牵引车气动性能流程化优化Abstract:Most of the power is used to overcome air resistance when vehicles are in the process of high speed, and the drag force is proportional to the wind drag coefficient. Therefore, to reduce the drag coefficient of the vehicle is the main factor in the design process of the vehicle. The flow field is analyzed by using Virtual Wind Tunnel (VWT) in HyperWorks suite of Altair Company. Compared with the traditional tools for CFDpre-processing, Virtual Wind Tunnel provides a highly automated modeling strategy specifically designed for vehicle external aerodynamics analyses. The results indicate that the coefficient of drag decreased significantly when adding the fairing, and thus improve the external aerodynamic performance of the vehicle. Key words:Virtual Wind Tunnel，heavy tractor，aerodynamic performance，process，optimized1概述近年来，全世界的汽车制造商都依赖于耗时的风洞试验和计算流体动力学（CFD）仿真来研究汽车的空气动力学性能[1]。
10.16638/ki.1671-7988.2019.14.047重卡驾驶室顶盖冲压仿真分析张凯鹏（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）摘要：重卡驾驶室顶盖结构复杂且尺寸较大，成形过程中会出现起皱、开裂、回弹等工艺问题，通过对板料成形过程理论和冲压缺陷预测的理论研究，应用AutoForm软件，采用动力显式算法对零件的拉延工序进行数值模拟，同时调整工艺参数，解决冲压件工艺问题。
关键词：顶盖外板；数值模拟；冲压成形；回弹中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-145-04Rebound of Stamping Forming of Roof Cap of Heavy TruckZhang Kaipeng（ShaanXi Heavy-duty Automobile Co., LtD, Shaanxi Xi'an 710200）Abstract: The Roof Cap of Heavy truck has complex structure and large size, so corrugation, crack and rebound may occur in theforming process. This paper researches on the theory of molding of sheet metal and the prediction of disfigurement, and use Autoform software to simulate theforming processthat based on the dynamic display algorithm. At the same time, by adjusting the process parameters, the stamping process problem was solved.Keywords: roof outer plate; numerical simulation; stamping; springbackCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)14-145-04引言重卡驾驶室白车身的典型结构是由侧围外板、顶盖外板、后围外板等大型外表面覆盖件和内部骨架件连接而成，受制于板料成形的复杂性、整车布置、模具制造工艺和调试水平的影响，板料冲压过程中产生的起皱、变薄、开裂和回弹等缺陷的控制一直是车身制造的一个重点和难点。
某重型货车空调系统对乘员舱热舒适性影响的分析与改进芦克龙;谷正气;贾新建;尹郁琦【摘要】应用计算流体力学软件Fluent对某重型货车空调系统和乘员舱中的气流进行数值仿真,其结果与试验对比,相差在5%以内.采用当量温度Teq,i作为评价指标,对乘员舱的热舒适性进行分析.结果表明,由于各风道风量分配不均匀,乘员舱内部气流组织不合理,致使热舒适性较差.对空调系统进行改进,增加前吹面风道风量比例后,乘员舱的热舒适性得到明显改善.%A numerical simulation on the air flow in air-conditioning system and passenger compartment of a heavy truck is conducted by applying CFD code Fluent and its result is compared to test result with a difference within 5％.Using equivalent temperature as evaluation indicator, the thermal comfort in passenger compartment is analyzed.The results show that, due to the uneven distribution of air flow in various ducts and the unreasonable organization of air flow in passenger compartment, the thermal comfort in passenger compartment is rather poor.The modification of air conditioning system is carried out to increase the airflow proportion of front air duct, and as a resuit, the thermal comfort of passenger compartment is obviously improved.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】5页(P162-166)【关键词】重型货车;乘员舱;空调系统;计算流体动力学;热舒适性【作者】芦克龙;谷正气;贾新建;尹郁琦【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南工业大学,株洲,412007;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;奇瑞汽车股份有限公司,芜湖,241006;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082【正文语种】中文前言汽车空调的送风风道是汽车空调系统中重要的部件之一,其设计水平直接影响车内气流组织的合理性,从而影响乘员舱的热舒适性。
