内燃机系统动力学仿真

1、内燃机系统动力学仿真newmaker一、引言Dynamic Analysisof Mechanical MDI 公司（2002 年被MSC 收购）研制在应用ADAMS ADAMS 虚拟样机技术的基本应用过程如图 1 机模型，利用ADAMS 应用虚拟样机技术对内燃机模型进行动力学仿真，为汽车内燃机的设计提供了新思路。二、内燃机虚拟样机建模（一）将三维模型导入ADAMS 仿真环境本文采用美国PTC 公司的Pro/E 作为建模软件，建立的内燃机主体三维模型如图2 所示。然后利用ADAMS/Exchange 模块将在Pro/E 中装配好的内燃机模型导入ADAMS/View 环境下（先将文件转换为.ig

2、s 格式），在这个过程中内燃机各个零件之间的装配关系是保持不变的，建立的虚拟样机如图 3 所示。（二）2.2 材料设置及运动副的施加将三维模型导入ADAMS 仿真模型，进行系统动力学仿真。本文创建活塞零件材料为铝合金，其密度和弹性模量设置如图 4 所示，同理给连杆、曲轴、气阀和凸轮轴设置材料属性。使用ADAMS/View 中的约束库在零件之间创建约束副（Constraint），以确定零件之间的连接情况以及零件之间是如何相对运动的。1.将气缸盖与气缸体定义为固定体，与大地（ground）相联； 2.凸轮轴与气缸盖之间的旋转副（RevoluteJoint）；3.凸轮轴与气阀之间定义为固体与固体接触

3、4.四个气阀与气缸盖之间的移动副（TranslationalJoint）；活塞与气缸体之间的移动副；活塞销与连杆小头之间的旋转副；连杆大头与曲柄之间的旋转副；曲轴与气缸体之间的旋转副。（三）载荷的施加载荷的施加包括定义气缸对活塞的压力、气阀杆顶端和气缸盖之间的弹簧力、凸轮和气阀 面接触力、重力加速度。其中，根据气缸内流体动力学数值仿真结果，利用一 个工作循环内的缸内压强数据，可以得到气缸内压强曲线5 所示。图中自变量X 表示时间（单位为毫秒），因变量Y 表示气缸内气体压强（单位为 105 帕）。活塞所受的总的气体平均压力为活塞上、下两侧空间内的气体压强差与活塞截面积的乘积。在ADAMS 中燃气

4、压力采用Spline 函数进行曲线定义，采用AKISPL 函 数式进行表达。三、测试和验证模型特性，如距离、速度、加速度、力、力矩等信息。（一）创建驱动（Motion）创建旋转驱动，将它应用于曲轴与气缸体之间的旋转副JOINT_revcrank。3000rp0.1m即发动机的一个工作循环，仿真类型为动力学仿真。（二）创建测量（Measure）曲轴转角和连杆摆角利用函数创建曲轴转角（rotate_angle）的测量参数，输入参数表达式0.1PItime度测量方法（BuildMeasureAngle）创建连杆摆角（tilt_angle）的测量。活塞所受合力及发动机的指示转矩 合力将在曲柄连杆机构中

5、产生一系列的力和力矩。如图6 所示，可以将合力F 的传递效果。发动机指示转矩（indicate_torque）/（cos（.engine.tilt_anglePI/180）。四、仿真结果及分析创建完成虚拟样机系统模型后，可用ADAMS/View 中的Simulation/Controls 对发动机主运动系统进行动力学仿真。仿真时ADAMS/View 调用ADAMS/Solver 进行求解。在仿真开始前，ADAMS/Solver 根据模型的自由度判断是进行运动学仿真还是动力学仿真。如果整个0;1 1，则进 行动ADAMS 提供了ADAMS/PostProcessor 以提高ADAMS 仿真结束后可以得到模型的所有测量参数及ADAMS 7 11 3000rpm 保持匀速时，活塞和连杆的动力学特性曲线完全符合平衡状态下的物理规律。活塞速度峰值约为9.8m/s，加速度出现两个峰值，分别约为3700m/s2 变化的。仿真分析结果可以作为发动机进一步性能优化设计的依据。五、结束语3D 软件Pro/E 建立内燃机三维模型ADAMS/Exchange 模块导入ADAMS， 实现了Pro/E与ADAMS的无缝连接，并对内燃机虚拟样机进行了动力学仿真分析。在无虚拟样机仿真可提供大量的运动学和力学参数结果， 这些结果可用于分析机械系统运动特性，也可用于下次分析的输入。然而实际中的内燃机 以