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基于ADAMS的发动机曲轴系动力学仿真.

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收稿日期 :2008-04-10修回日期 :2008-05-12作者简介 :王勇 (1982- , 男 , 硕士 , 助理工程师。

研究方向 :舰船监造及抗冲击技术。

E -mail:wy wetmio@126. com文章编号 :1671-7953(2008 04-0031-04基于 ADA M S 的发动机曲轴系动力学仿真王勇 1, 张昭 1, 黄映云 2, 刘震2(1. 海军驻武昌造船厂军代室 , 武汉 430064; 2. 海军工程大学动力工程学院 , 武汉 430033摘要 :建立包括柔性曲轴、活塞组、连杆组及飞轮在内的某型发动机刚柔体混合动力学仿真模型 , 在 1500r/min 工况下 , 对发动机进行刚柔体混合动力学仿真 , 得到了发动机的曲柄销负荷、活塞销负荷及最大动态应力等仿真结果。

关键词 :发动机 ; 曲轴系 ; 刚柔混合 ; 动态仿真中图分类号 :T P391. 9; U 664. 2 文献标志码 :ADynamical Simulation of the Crankshaft Sy stem ofEngine Based on ADAM SWANG Yong 1, ZHANG Zhao 1, HUANG Ying -yun 2, LIU Zhen 2(1. N avy A utho rized Deputy A g ency in W uchang Shipyar d, Wuhan 430064, China;2. Schoo l o f N aval A r chitectur e and Pow er, N aval U niversit y of Eng ineer ing, Wuhan 430033, China Abstract:A rigid mix ed flex ible dy namic simulation model w as built up fo r the engine cr ankshaft w hich in -cluded the crankshaft, the pisto n -co nnecting r od and the fly wheel. By using the mo del, the main dynamic pa -r ameters such as the loadings in crankpins and ma in bear ings, the maximum dy namic st ress of t he cr ankshaft and so on w ere respectively calculated under the rate o f rot ation of 1500r /min.Key words:eng ine; crankshaft system; rigid mix ed f lex ible; dynamic simulat ion由于曲柄连杆机构的整个传动链是由一系列几何形状和刚度、质量各不相同的零部件所组成 , 而且曲轴通过多个轴承与气缸体连接 , 传统的分析方法是在对各构件进行运动分析的基础上 , 计算出各自产生的旋转惯性力和往复惯性力 , 与气体爆发压力合成后求解出对机体的作用力以及曲轴系振动的激振力 , 过程烦琐。

借助动力学仿真软件 ADAMS, 以某型发动机曲柄连杆机构为研究对象 , 利用衬套的力元对主轴颈处的弹性支撑状况进行模拟 , 考虑惯性力、气缸压力和支撑的弹性 , 建立发动机的动力学仿真分析模型 , 分别进行刚体动力学和刚柔体混合动力学仿真分析。

1 刚体动力学仿真模型曲轴轴系动力学仿真模型主要包括曲轴的刚、柔性体模型 , 活塞组件、连杆组件和飞轮的刚体模型 , 以及各构件间的连接副和作用于系统上的外力。

1. 1 曲轴轴系三维模型建立曲轴系的实体模型在 Pro /E 中建立 , 并赋予模型相应的材料和质量属性 , 利用Pro/E 和 AD -AM S 的 Mechpro, 导入到 ADAMS 中。

1. 2 边界条件将曲轴分为单个曲柄之后 , 整个曲轴活塞连杆机构就演变为 6个如图 1所示的曲柄滑块机构的组合。

图 1 曲柄滑块机构其中 OA 、 AB 为曲柄、连杆 , B 为活塞 ; M 2、M 1为连杆等效质量 , 根据零件间的实际运动关系即可简化成 ADAM S 中的运动副理想约束。

第 37卷第 4期 2008年 8月船海工程 SHIP &O CEA N ENG IN EER INGV ol. 37 N o. 4A ug. 2008设定曲轴与连杆为圆柱副连接 , 活塞与基础为平动副 , 活塞与连杆之间定义为圆柱副 , 曲轴与基础为铰接副 , 曲轴与飞轮为固定幅连接。

1. 2. 1 施加气体压力及反转矩作用于整个机构上的主动力为气体爆发压力 p , 视为分布力作用于活塞端部 , 大小为气体压力与活塞投影面积的乘积。

6缸作用的气体压力基本相同 , 只是各缸发火时刻不同导致出现峰值的时刻不同 , 发火顺序和发火间隔角见图 2。

图 2 发火顺序和发火间隔角则压力中可由 AKIM A 插值方法 [2]获得 , 利用样条函数 Ak isp l 可以实现该插值的计算 :p =A kisp l(angle, ang _v, sp line (1 式中 :angle 曲轴转角 ;ang _v 曲轴转速 ;sp line 三维空间样条曲线。

p 由试验测得 , 该样条曲线反映的是不同转速下曲轴转角与压力之间的关系。

气体爆发压力曲线见图 3。

图 3 气体爆发压力曲线M e =en(2式中 :M e 发电机输出转矩 ;P e 额定功率 ; n 转速。

将转矩作为阻力矩施加在曲轴输出端 , 使得曲轴在分析中保持转速平稳。

1. 2. 2 油膜的模拟主轴承是发动机曲轴系统动力学分析中非常重要的环节 [3-4]。

对主轴承的模拟有线性弹簧阻尼、非线性弹簧阻尼、流体有限元等模型。

本文采用相对简单的单排线性弹簧阻尼模型 , 又因为曲轴工作时是由油膜支撑的 , 所以只考虑油膜支撑。

采用如图 4所示的支撑方式来模拟机体主轴承润滑油膜对曲轴的约束支撑作用 , 即采用水平和竖直两个方向的弹簧单元来模拟主轴承对曲轴的约束作用。

图 4 曲轴主轴承支撑示意图ADAM S 中有一种叫衬套的力元 , 它可以在两个构件之间提供作用力 , 起到约束构件的作用 , 类似于将两个构件用弹簧连接起来。

在曲轴的主轴颈与轴承座之间施加衬套 , 并设置 X 、 Y 方向的刚度系数和阻尼系数 , 见图 4。

按上述方法对曲轴轴系各零件施加约束 , 建立曲轴系的刚体动力学模型 , 见图5。

图 5 曲轴系刚体动态仿真模型2 刚柔体混合动力学仿真模型曲轴作为发电机的中枢 , 其柔性作用对整个发动机的动力学特性有非常重要的影响 , 所以曲轴在工作时产生的弹性变形必须在计算分析中予以考虑。

曲轴柔性体的建模可以采用文献 [5]所介绍的方法。

u f =<#q G式中 :< 模态向量矩阵 , <=[U 1, U 2, , , U N ];N 模态向量数 ;q G 模态坐标 , q G =q G (t 。

模态分析利用有限元分析软件来完成 , 通过生成模态中性文件 (*. m nf 文件 , 可直接输入基于 A DAM S 的发动机曲轴系动力学仿真王勇 , 张昭 , 黄映云 , 刘震ADAM S 建立柔性体模型。

采用 M SC. Patran\Nastr an 对曲轴进行有限元模态分析 , 得到了含应力信息的柔性体文件 , 然后在刚体动力学仿真模型中将曲轴进行刚、柔性体替换 , 而约束及边界条件不变 , 即得曲轴系的刚柔混合动力学模型。

2. 1 有限元模型利用 MSC. Patran 对曲轴的完整模型进行四面体网格处理 , 共有 136306个单元 , 28462个节点。

建立有限元模型与 Adams 连接的节点 , 利用多点约束的特性 , 用 Reb2单元连接节点与曲轴销表面的节点 , 生成蜘蛛网状结构 , 有限元模型见图6。

图 6 曲轴有限元模型2. 2 模态分析曲轴材料为 42CrMoA, 弹性模量为 210GPa, 泊松比为 0. 282, 密度为 7.83mg/mm 3, 利用软件 MSC. Nastran 对曲轴进行有限元模态分析 , 产生一个包含曲轴材料、节点、单元和模态信息的模态中性文件 , 为下一步 ADAM S 中建立曲轴系的刚柔性体混合仿真模型做准备。

得出曲轴的前 30阶模态见表 1。

表 1 曲轴各阶模态频率表模态频率 /H z 模态频率 /H z模态频率 /H z 1011924. 09211777. 1920121149. 17221928. 9830131193. 54232100. 8740141238. 11242241. 1250151318. 89252299. 5160161354. 05262351. 277412. 74171423. 80272375. 158442. 91181561. 92282526. 919644. 32191570. 57292585. 5210828. 42201623. 67302751. 37前 6阶为刚体模记 , 所以频率为 0, 在动力学分析中不需考虑这 6阶模态。

将有限元分析所得曲轴的网格模型替换动力学仿真模型中的刚体 , 发动机曲轴系刚柔体混合仿真模型见图 7。

图 7 曲轴系刚柔体混合仿真模型3 动力学仿真及结果对建立的刚柔体混合动力学模型进行仿真 , 曲轴视为匀速旋转 , 转速为1500r/min, 稳态仿真两个工作循环 , 曲轴旋转 4周。

取曲轴第 1个周期的仿真结果进行分析 , 曲柄销负荷、活塞销负荷分别见图 8和 9。

图 8 曲柄销负荷图 9 活塞销负荷传统的曲轴有限元分析都是通过等效力的方法实现的 , 其实质仍是静态分析[6], 如对发动机整体有限元分析则由于模型太复杂 , 难以得出正确结果。

本文通过有限元软件柔化曲轴进行混合动力学仿真 , 实现了对关键部分的曲轴的动态分析。

既简化了计算 , 又较精确地计算了曲轴的应力。

曲轴最大应力云图和最大应力点时间应力曲线见基于 A DAM S 的发动机曲轴系动力学仿真王勇 , 张昭 , 黄映云 , 刘震图 10和 11。

图 10 曲轴最大应力云图图 11 最大应力点时间 -应力曲线由于曲轴的扭振和弯振是造成曲轴疲劳损坏的主要因素 , 本文提取了弯曲、扭转、弯扭耦合 3种典型的振型。

7~12阶模态影响比较见图 12。

图 12 阶模态影响比较图虚线 7~9阶为纯弯曲模态 , 虚线 10, 11阶为弯扭耦合模态 , 实线 12阶为低频纯扭转模态 , 从图中的 7~12阶模态影响图可以看出 , 扭转模态对曲轴的变形影响最大 , 也说明扭振因数比弯振因数对曲轴寿命的影响要显著得多。

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基于MSC.ADAMS的动力传动系统建模与仿真

基于MSC.ADAMS的动力传动系统建模与仿真

基于MSC．ADAMS的动力传动系统建模与仿真MSC.ADAMS是一款优秀的动力传动系统建模与仿真软件，在汽车、航空、航天等领域广泛应用。

通过MSC.ADAMS，可以对各种类型的动力传动系统进行建模与仿真，包括发动机、变速器、传动轴、差速器等。

动力传动系统建模是将传动系统各个部分进行分离，逐一建模并组装成一个整体，通过建模可以确定每个部件的性能与参数，以及系统整体的工作原理与性能。

在建模过程中，需要考虑各个部位的受力情况、材料属性、温度等因素，并进行物理学建模、数学建模和计算机辅助设计。

动力传动系统仿真是指将建模进行各种工况下的计算和分析，通过仿真可以确定不同工况下的系统性能和特性，从而优化每个部位的设计。

仿真的结果可以反映出系统的运行情况、动态响应、疲劳情况、噪声等各种细节，为系统的设计、制造和优化提供重要的参考依据。

MSC.ADAMS软件支持动力传动系统的建模和仿真，可以方便的进行各种级别的建模和仿真，包括单部件、子系统和整个系统的建模和仿真。

同时，MSC.ADAMS还支持多种不同的仿真方法，如动态仿真、静态仿真、多体仿真等，可以精确地模拟系统的行为。

在进行动力传动系统建模和仿真时，需要注意以下几点：1. 精确定义每个部位的材料属性和受力情况，包括张力、压力、扭矩等。

2. 确定每个部位的工作原理和控制方法，建立相应的数学模型。

3. 考虑系统的复杂度和耦合效应，因此需要对整个系统进行综合分析和优化。

4. 在进行仿真前，需要对模型进行验证和校准，以确保模型的准确性和可靠性。

总之，使用MSC.ADAMS进行动力传动系统建模和仿真，可以大大提高系统的设计和性能，为实现更高效、更安全的动力传动系统打下坚实的基础。

数据分析是指对所收集到的数据进行系统性分析和处理，通过对数据的分析可以发现内在的规律和价值，提供有关原因和结果的科学依据和参考，为决策提供依据和支持。

在不同领域中，数据分析的方法和技术也存在差异，但在基本原则和数据处理方法上却具有共性。

基于ADAMS的柴油机曲轴多体动力学仿真

基于ADAMS的柴油机曲轴多体动力学仿真

基于ADAMS的柴油机曲轴多体动力学仿真
李丽婷;李威;刘子强;李全;冯明志
【期刊名称】《柴油机》
【年(卷),期】2007(029)003
【摘要】以某多缸发动机曲轴为例,采用动力学分析软件ADAMS对曲轴-连杆-活塞机构进行多刚体动力学仿真;结合有限元软件MSC.Patran/Nastran,运用模态分析技术,得到曲轴固有频率及振型,对曲轴刚柔混合体模型进行柔体动力学仿真,得到曲轴动态应力分布变化,更真实地反映了曲轴的工作情况.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】李丽婷;李威;刘子强;李全;冯明志
【作者单位】七一一研究所,上海,200090;七一一研究所,上海,200090;七一一研究所,上海,200090;七一一研究所,上海,200090;七一一研究所,上海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TK422
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1.基于ADAMS的爬梯车设计与多体动力学仿真分析 [J], 全寿昌;黄澎奋;王作桓;闫菲菲
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基于ADMAS的车辆工程专业教学中汽车动力学仿真实验方法研究

基于ADMAS的车辆工程专业教学中汽车动力学仿真实验方法研究

基于ADMAS的车辆工程专业教学中汽车动力学仿真实验方法研究车辆工程是一个涉及汽车设计、制造、运行与维护等方面的学科领域，而汽车动力学则是车辆工程中的重要课程之一。

随着汽车技术的不断发展，汽车动力学仿真实验方法也越来越受到人们的关注。

本文将从ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）软件在汽车动力学仿真实验中的应用角度，探讨基于ADAMS的车辆工程专业教学中汽车动力学仿真实验方法的研究。

一、ADAMS软件在汽车动力学仿真实验中的应用ADAMS是一款专门用于机械系统动力学仿真分析的软件，具有强大的动力学仿真分析功能。

在汽车动力学仿真实验中，ADAMS软件主要有以下几个应用方面：1. 车辆悬挂系统仿真分析ADAMS软件可以对车辆的悬挂系统进行仿真分析，包括悬挂系统的结构设计、动力学特性、悬挂系统与车辆运动的关系等方面。

通过ADAMS软件，可以模拟车辆在不同路面条件下的悬挂系统动态特性，如通过减振器、弹簧等零部件的参数调整，模拟车辆在颠簸路面下的悬挂系统动态响应。

在车辆工程专业教学中，汽车动力学仿真实验是一个非常重要的环节。

传统的汽车动力学实验多以实物试验为主，但存在成本高、场地需求大、实验周期长等问题。

而基于ADAMS的汽车动力学仿真实验方法可以有效的弥补这些不足，并且能够更好地满足教学实验的需要。

本文提出了基于ADAMS的车辆工程专业教学中汽车动力学仿真实验方法的研究方向。

1. 基于ADAMS的汽车动力学仿真实验教学平台的构建利用ADAMS软件的动力学仿真分析功能，可以构建一套完整的汽车动力学仿真实验教学平台，包括悬挂系统仿真实验、驱动系统仿真实验、操纵系统仿真实验等实验内容。

教师可以根据课程内容和教学要求，在教学平台上设计不同的仿真实验任务，对学生进行实验操作和实验分析。

4. 基于ADAMS的汽车动力学仿真实验教学效果的评估与分析针对基于ADAMS的汽车动力学仿真实验教学，进行教学效果的评估与分析。

基于ADAMS的柴油机曲轴仿真分析

基于ADAMS的柴油机曲轴仿真分析

第37卷　第5期2008年10月 船海工程SHIP &OCEAN EN GIN EERIN G Vol.37　No.5Oct.2008　 2)对有空气辅助的喷嘴,其喷孔直径应尽可能的小,但不能造成堵塞,或通过提高其抗堵塞性能以尽可能地减小喷嘴孔径。

3)为了提高“添蓝”喷雾与废气的混合效果,应尽可能的使喷孔呈径向分布,促使废气与“添蓝”喷雾产生湍流现象,增强混合。

4)在兼顾成本的情况下,尽可能的增加喷孔的数量以便于减小喷孔孔径和增强混合。

喷嘴的种类很多,两相流喷嘴不一定是SCR 系统的最佳选择。

本文只是在有限的试验条件下借助试验方法初步确定影响SCR 系统中NO x转化效率的喷嘴主要因素,为该系统选择喷嘴及优化方向提供指导。

在节能方针的指导下,利用单流体喷嘴将是SCR 系统今后的主要优化方向。

参考文献[1]德国工业标准DIN[S].70070:2005.[2]KO EB EL M ,EL SEN ER M ,KROCH ER O.NO x re 2duction in the exhaust of mobile heavy 2duty diesel en 2gines by urea 2SCR [C ]//Topics in Catalysis Vols.30/31,2004,34244.收稿日期:2008204229修回日期:2008205212作者简介:冯兵兵(1982-),男,硕士生。

研究方向:动力装置结构强度、可靠性与经济性研究。

E 2mail :jianmin917@　文章编号:167127953(2008)0520061204基于ADAMS 的柴油机曲轴仿真分析冯兵兵,钱作勤,林文武(武汉理工大学能动学院,武汉430063)摘　要:为研究柴油机曲轴在正常工况下载荷的变化规律,建立柴油机曲轴轴系动力学仿真模型,并通过曲轴的模态分析得到曲轴的柔性体模型,通过试验测量瞬时转速与仿真结果对比,验证仿真模型的准确性,在此基础上对柴油机曲轴进行模拟仿真分析,得到曲轴载荷变化的一些规律。