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发动机系Abaqus解决方案

  随着CAE分析在发动机开发中地位的不断提高,其已经成为与传统实验分析并行的开发手段。在开发中需要考虑的强度,刚度,疲劳,振动,噪声等问题都可以利用CAE分析在设计阶段解决。缩短设计周期,节省开发费用,提高产品质量。
  发动机系统的CAE分析涉及了大量的非线性计算,如螺栓预紧力的施加,大量接触的出现,具有强烈非线性行为的垫片部件的模拟等等,而Abaqus优秀的非线性分析功能以及热固耦合分析功能可以很好的满足这类大规模的具有高度非线性行为CAE分析的要求,因此在发动机CAE分析中被广泛的应用。
  曲轴连杆系统机构运动分析
  曲轴连杆机构中进行往复运动,受力条件比较复杂,也是热、机械负荷最高的部件,因而也是整个发动机分析中最为迫切的部件。在曲轴的工作过程中,疲劳失效是其主要失效原因,因此对曲轴的疲劳性能研究也是起CAE分析的一个主要内容。Abaqus独特的CONNECTOR单元可以模拟复杂的机构运动。部件可以是刚体也可以是变形体,因此可以进行相关的柔体运动学、运动学仿真。
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  连杆强度分析
  连杆强度的校核是连杆设计的主要内容,同时,连杆的强度分析中设计螺栓预紧,轴瓦过盈,气缸爆发压力、惯性载荷等等大量非线性和多工况分析内容。Abaqus独特的螺栓预紧、过盈模拟等功能保证分析结果可以计算预紧应力、校核以及轴瓦接触压力、相对变形量等,为连杆强度校核提供准确依据。
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  曲轴应力分析、子模型分析
  曲轴承受复杂的交变载荷作用,其与曲轴孔的相互作用将导致曲轴孔的变形,这将对曲轴的润滑和使用寿命产生影响,因此曲轴的变形分析成为发动机CAE分析中的主要内容。使用Abaqus提供的子模型分析功能,可以精确分析曲轴的局部应力。Abaqus提供的CONTACT PAIR、TIE等多种接触类型,以及足够多的接触参数,可以成功处理此类大规模模型的负责接触问题。
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  活塞各工况应力分析
  活塞装配件由活塞和活塞销组成,发动机活塞工作环境恶劣,在承受较大热负荷的同时还承受包括燃气压力、惯性力、侧压力的机械负荷。借助Abaqus强大的非线性分析功能,可以准确的分析得到各种工况机器组合下活塞的温度和应力分布。Abaqus6.11提供温度载荷边界条件的映射功能,可能很方便的输入温度、对流换热系数等边界条件。
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  对于汽车排气系统而言,通常由两部分组成:热端与冷端。其中热端主要由涡轮增压器、歧管以及三元催化器等组成;冷端主要由消音器、排气管以及一些吊钩、支撑悬挂等组成。热端部分紧连着发动机,其温度通常都能达到850度左右,温度对于材料的力学性能会产生很大影响,因此温度对于汽车排气管热端的振动耐久性能的影响不可忽略。进排气系统设计是决定发动机性能的关键指标,需要进行相应的强度,刚度,热应力,模态等校核。
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  消音器声固耦合分析
  进排气系统是汽车噪声的重要来源,采用Abaqus完全或顺序声固耦合分析,可以得到其中的声压分析,为发动机的降噪设计提供依据。
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  缸盖声辐射分析
  在汽车工业中。汽车引擎盖的振动是导致声波辐射的重要原因。而在这些引擎盖中,阀盖由于其面积较大,且厚度相对较薄,所以被一致认为是主要的噪音贡献者。因此跟结构分析相结合下的,对阀盖的声学分析已经成为设计流程中的一个重要的环节。
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  机体模态分析
  对集体进行模态分析的目的,是为了求解体的固有频率,以决定柴油机在标定工况下工作时,是否会引起共振,同事通过试验模态分析所得到的振型和有限元模态分析所得到的振型相比较,判断有限元模型的正确与否。然后可以利用模型进行动态特性优化,动力响应分析,结构表面噪声预测以及低噪声设计等进一步工作。
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&emso; 发动机整机结构计算
  发动机模型规模较大,接触对较多,通常包含螺栓载荷、过盈装配等工况。Abaqus强大的接触非线性分析功能非常适合发动机的大规模的接触分析。Abaqus可以支持高达几百个CPU的并行计算,Abaqus6.11版本引入了显卡GPU并行计算的新功能,非常显著的提高诸如发动机等大规模模型的计算速度。
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  缸体缸盖热力耦合分析
  气缸盖是发动机中结构最复杂、机械载荷和热负荷的零件之一。在柴油机运行过程中经常暴露出种种问题,例如在与火焰接触的底板鼻梁区出现裂纹是最常见的缺陷,因为该区域要承受高温和高压的作用,受力状态非常苛刻。同时,Abaqus具有顺序耦合、完全耦合等多种热固耦和分析功能。可以计算出机械负载和热负在双重作用下集体的变形与应力分布。为发动机的机体及冷却系、润滑系的设计体统相关的依据。
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  发动机垫片密封分析
  垫片在发动机缸体与缸盖之间,进气管,排气管,进排气阀门和油底壳上都有使用,用来防止“三漏”,提高发动机寿命。垫片通常由多层材料组成,厚度方向几何尺寸较小,截面形状复杂,表现为强烈的材料非线性、复杂的卸载行为和高温蠕变。Abaqus提供专门的垫片单元,用加卸载试验曲线来描述垫片材料的力学行为,简单方便计算效率高。
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  凸轮轴系统密封分析
  发动机凸轮轴组件在运行状态下,必须要有足够的机油润滑,同时还要保证在长时间工作状态下没有过量的机油消耗。所以,必须保证发动机的机油不能泄漏,其关键在于保证发动机的各个油封装置都能达到密封要求。
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