发动机机体的数字化建模方法研究

论文摘要

机体是发动机最重要的零件之一,其结构组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂。机体的数字化建模是发动机设计中成本最高周期最长的环节,是整个发动机建模和仿真分析的基础,对发动机产品成功开发有重要的影响。本文以某款轿车发动机为例,研究了机体数字化建模的相关理论和方法,主要包括以下内容:在分析发动机机体产品结构和制造工艺的基础上,运用逆向工程的理论和方法快速获取隐藏在测量数据中的原始设计参数。提出了基于自顶向下的设计理论的发动机机体数字化建模方法。结合自顶向下设计理论和特征建模方法,把机体划分为相对独立的多个模块,然后选择熟悉各模块制造工艺的设计师来完成了该模块的全参数化建模,获得高精度可修改的模块模型,最后将所有模块组装成为一个完整的机体数字化模型。在建模过程中考虑了制造工艺,提高了机体的可制造性,保证其在发动机系统中的可装配性。然后对建模时间进行了分析,结果表明建模时间大幅度缩短,建模精度也明显提高。运用有限元理论对机体模型的振动模态和机体冷却水套流场进行了数字化仿真分析。分析表明机体刚度低于发动机的安全要求,群部刚度比汽缸体部分差,并给出提高群部刚度的方法。水套基本满足冷却要求,仅存在少量的局部低速流动区;水套各缸连接部位流速不是很高,不能满足大量燃烧热的冷却要求,并据此提出改进建议。应用本文方法完成的发动机机体模型已经通过了企业的验收,并已经量产准备搭载某款国内自主研发的轿车产品。本文的研究成果,可以推广应用到发动机缸盖、变速箱等其他汽车产品中的复杂零件数字化建模,以及航空航天、能源发电等领域的复杂曲面零件的建模。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出与意义
• 1.2 国内外数字化建模概况
• 1.3 机体振动与水套流场分析综述
• 1.4 本文的主要内容
• 2 基于逆向工程的机体建模参数获取
• 2.1 数据测量
• 2.2 参数获取
• 2.3 本章小结
• 3 机体的自顶向下参数化建模
• 3.1 自顶向下建模技术简介
• 3.2 机体全局参数提取
• 3.3 机体模块化分解
• 3.4 各模块面向制造工艺的建模
• 3.5 建模时间分析
• 3.6 本章小结
• 4 机体模型性能分析
• 4.1 机体振动模态分析
• 4.2 水套计算流体力学分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献