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基本信息
- 項目名稱：
- 柴油發(fā)動機(jī)數(shù)字樣機(jī)的建立與分析及渦輪增壓器的創(chuàng)新改良
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 為了降低研制成本，縮短研制周期，采用SOLIDWORKS設(shè)計三缸柴油發(fā)動機(jī)的數(shù)字樣機(jī)，并對其關(guān)鍵部位進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計優(yōu)化方案，對修改前后的模型進(jìn)行對比。為發(fā)動機(jī)的優(yōu)化設(shè)計提供新的思路和方法。最后提出了由ECU控制的雙渦輪增壓器的設(shè)計。
- 詳細(xì)介紹：
- 數(shù)字化樣機(jī)（Virtual Prototyping, VP）是以“虛擬現(xiàn)實”（Virtual Reality）技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對象，一個完整基于計算機(jī)的產(chǎn)品研制的集中信息載體，即在功能、行為和感官特性方面與實際產(chǎn)品盡可能相似的數(shù)字模型。通過對該模型評估和測試分析，優(yōu)化候選物理模型的設(shè)計方案，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，促進(jìn)產(chǎn)品的數(shù)字化，提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力的目的。 發(fā)動機(jī)作為汽車的核心部件，發(fā)揮著輸出汽車動力的巨大作用。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的研制主要通過建立實體樣機(jī)進(jìn)行試驗測試，直到符合標(biāo)準(zhǔn)后才開始量產(chǎn)，這樣不僅成本巨大，開發(fā)周期長，效率也低。為了降低開發(fā)陳本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，我們利用三維軟件Solidworks對其進(jìn)行實體參數(shù)化建模、虛擬裝配、運動仿真，形成數(shù)字樣機(jī)模型。同時，使用ANSYS對其關(guān)鍵部位進(jìn)行有限元分析，通過對連桿的靜力分析和發(fā)動機(jī)機(jī)體的模態(tài)分析，提出了優(yōu)化方案。并對比修改前后的數(shù)據(jù)。保證其可靠性。從而為下一代物理樣機(jī)的研發(fā)提供參考。 另外，我們提出了通過ECU（車載電腦）控制驅(qū)動的雙渦輪增壓器的設(shè)計。充分利用能源，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品目的是發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)的改良和性能的優(yōu)化創(chuàng)新，通過計算機(jī)輔助設(shè)計軟件（CAD）對發(fā)動機(jī)進(jìn)行整體的數(shù)字建模，利用有限元分析軟件對數(shù)字模型的部件進(jìn)行分析，根據(jù)計算結(jié)果討論改進(jìn)方案。同時為了提高整體動力和能源利用率，用CAD軟件設(shè)計了雙渦輪增壓器，并且提出了通過ECU控制電機(jī)來達(dá)到提高渦輪增壓器效率的方法。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 通過對柴油發(fā)動機(jī)的700多個零部件進(jìn)行了實地測量及其一比一的參數(shù)化數(shù)字建模，保證了其作為數(shù)字樣機(jī)的可靠性。為對其進(jìn)行有限元分析提供基礎(chǔ)。有限元數(shù)值模擬技術(shù)具有實驗方法和理論解析方法無可比擬的優(yōu)勢，因此已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)性能研究的重要手段。渦輪增壓器的設(shè)計有效減少了傳統(tǒng)渦輪響應(yīng)滯后的問題，提高了發(fā)動機(jī)的功率及扭力。ECU輔助控制概念的提出將使渦輪增壓器向更加智能化邁進(jìn)一步，提高能源利用率。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 數(shù)字樣機(jī)的建立可以降低開發(fā)陳本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，同時，對其進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果可為下一代物理樣機(jī)的設(shè)計及制造奠定基礎(chǔ)。另外發(fā)動機(jī)數(shù)字樣機(jī)同樣可以用于企業(yè)對外的宣傳以及學(xué)校上的教學(xué)科研。通過對雙渦輪增壓器的改進(jìn)設(shè)計，可以充分提高渦輪增壓的效率，節(jié)能減排。在全球能源日益減少的情況下，這樣的改進(jìn)無疑促進(jìn)了環(huán)保。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 數(shù)字化樣機(jī)（Virtual Prototyping, VP）是以“虛擬現(xiàn)實”（Virtual Reality）技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對象，一個完整基于計算機(jī)的產(chǎn)品研制的集中信息載體，即在功能、行為和感官特性方面與實際產(chǎn)品盡可能相似的數(shù)字模型。通過對該模型評估和測試分析，優(yōu)化候選物理模型的設(shè)計方案，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，促進(jìn)產(chǎn)品的數(shù)字化，提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力的目的。 發(fā)動機(jī)作為汽車的核心部件，發(fā)揮著輸出汽車動力的巨大作用。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的研制主要通過建立實體樣機(jī)進(jìn)行試驗測試，直到符合標(biāo)準(zhǔn)后才開始量產(chǎn)，這樣不僅成本巨大，開發(fā)周期長，效率也低。為了降低開發(fā)陳本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，我們利用三維軟件Solidworks對其進(jìn)行實體參數(shù)化建模、虛擬裝配、運動仿真，形成數(shù)字樣機(jī)模型。同時，使用ANSYS對其關(guān)鍵部位進(jìn)行有限元分析，通過對連桿的靜力分析和發(fā)動機(jī)機(jī)體的模態(tài)分析，提出了優(yōu)化方案。并對比修改前后的數(shù)據(jù)。保證其可靠性。從而為下一代物理樣機(jī)的研發(fā)提供參考。 另外，我們提出了通過ECU（車載電腦）控制驅(qū)動的雙渦輪增壓器的設(shè)計。充分利用能源，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
獲獎情況
- 三缸柴油發(fā)動機(jī)的CAD模型在3D動力網(wǎng)2010全國三維數(shù)字創(chuàng)新大賽上獲得福建省一等獎
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 1.龔曙光.ANSYS工程實例分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2003. 2.劉濤,楊鳳鵬.精通ANSYS[M].北京:清華大學(xué)出版社.2001. 3.吉衛(wèi)喜.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2008. 4.(美) Saeed Moaveni.有限元分析:ANSYS理論與應(yīng)用:theory and application with ANSYS[M].北京:電子工業(yè)出版社.2008. 5.王林超. 現(xiàn)代汽車構(gòu)造與檢修--發(fā)動機(jī) 北京:國防工業(yè)出版社.002 6.張準(zhǔn)等．柴油機(jī)缸體振動的模態(tài)分析和改進(jìn)設(shè)計．江蘇工學(xué)院學(xué)報.1992 7.顧宏中．渦輪增壓柴油機(jī)熱力過程模擬計算[M]．上海交通大學(xué)出版杜.1997 8.徐兀．汽車發(fā)動機(jī)現(xiàn)代設(shè)計[M]．北京：人民交通出版社.1995 9.李俊寶，李衍等．柴油機(jī)缸體振動響應(yīng)分析與結(jié)構(gòu)修改[M]．內(nèi)燃機(jī)學(xué)報．1997(2) 10.魏濤，劉濤等．多缸柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析內(nèi)燃機(jī)與動力裝置[M].2006(4) 11.晉兵營，饜志立等.YT4135Z柴油機(jī)機(jī)體有限元模態(tài)分析閉．河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2003(9)；51～53 12.劉玉梅，袁文華．紫油機(jī)機(jī)體三維建模及有限元模態(tài)分析[M]御l械工程師．2007 13.崔燕娟，下忠．485柴油機(jī)機(jī)體有限元模擬及結(jié)構(gòu)改進(jìn)．j型內(nèi)燃機(jī)與摩托車.2009(5) 14.廖日東，左正興等.發(fā)動枧零部件有限元技術(shù)應(yīng)用的新進(jìn)展[M]．內(nèi)燃楓學(xué)報.1999.17(2) 15.楊忐慧．汽車發(fā)動機(jī)機(jī)體有限元分析[M]．武漢理工大學(xué)．碩十學(xué)位論文．2007．5
同類課題研究水平概述
- 美國通用公司在柴油機(jī)的設(shè)計開發(fā)中已經(jīng)將有限元結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到分析極限變形、燃燒引起的熱應(yīng)力以及動態(tài)響應(yīng)分析上，同試驗概念結(jié)合起來進(jìn)行新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。 美國SAE(美國汽車工程協(xié)會)、比利時魯汶大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，對發(fā)動機(jī)機(jī)體有限元模型的建立進(jìn)行了相關(guān)研究。特別是結(jié)合靜態(tài)分析和試驗?zāi)B(tài)分析等方法，修正和完善機(jī)體的有限元分析模型取得了突出的成效。 德國柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)分析工作中較早利用了有限元技術(shù)。Kentucky大學(xué)的A．ESeybert針對柴油機(jī)的油底殼以及其他零部件進(jìn)行了有限元分析，實現(xiàn)了聲振耦合分析。 比利時LMS公司、奧地利AVL公司將有限元分析技術(shù)應(yīng)用到實際工程設(shè)計中，借助其強(qiáng)大的試驗?zāi)芰?，在分析確定缸體激勵力方面取得了重大進(jìn)展，使得通過計算機(jī)模擬得到動態(tài)響應(yīng)的結(jié)果同實際情況相當(dāng)接近。 Zissmos．EMourelato研究了曲軸的動態(tài)響應(yīng)；Robert Southall等利用有限元技術(shù)開發(fā)了滿足歐三標(biāo)準(zhǔn)的Perkins V6 HSDI(Hi曲Speed Direct Injection)柴油機(jī)。 國外其他的主要柴油機(jī)生產(chǎn)廠商如CUMMINS，MTU，TOYOTA，NISSAN2等廣泛開展了柒油機(jī)零部件有限元分析。福特公司利用有限元分析計算，成功解決了機(jī)體出現(xiàn)裂紋的問題。
