[发明专利]一种发动机整机动力学分体式建模方法

说明书

本发明涉及汽车发动机动力学分析领域，具体涉及一种发动机整机动力学分体式建模方法。本发明的技术方案包括以下步骤：1.部件有限元建模；2.螺栓连接特征定义；3.对部件结构特性矩阵求解；4.动力学模型计算参数定义；5.动力学建模螺栓连接参数定义；6.动力学求解。本发明提出建模方法能够同时考虑单个部件对整机动力学和振动噪声的影响，部件方案优化便利，大大减小了硬件资源占用，提高了仿真效率，建模方便，适用性广，计算方法简便快捷，仿真结果精度高。

技术领域

本发明涉及汽车发动机动力学分析领域，具体涉及一种发动机整机动力学分体式建模方法。

背景技术

随着汽车行业的迅速发展，汽车市场对发动机的声品质要求越来越高，发动机的振动噪声性能对使用者的驾驶和乘坐体验至关重要，直接影响整车的品质感，因此，在发动机产品开发过程通常需要采用CAE(计算机辅助工程)方法对发动机的振动噪声性能进行预测，并根据预测进行部件的优化，减少产品部件优化迭代轮次，缩短发动机产品的开发周期。目前，CAE软件产品功能不断丰富，采用动力学软件对发动机整机进行振动噪声相关动力学计算仿真已成为产品开发流程中的必不可少的步骤。

目前，现有文献中对发动机整机动力学建模的方法，多是对乘用车发动机曲轴轴系及轴承进行动力学分析，例如:专利文献CN100495412《一种发动机曲轴动力学分析方法》(公开日2008年4月9日)和专利文献CN107665286A《一种关于汽车发动机轴承动力学分析方法》(公开日2018年2月6日)所公开的方案，都趋向分析轴系的载荷，并未对发动机整机进行动力学分析。再例如：专利文献CN103471854A《一种航空发动机整机振动特性分析方法》(公开日2013年12月25日)提及了整机振动特性分析，该方法不能分析单个部件对整机动力学和振动噪声的影响，仿真效率较低，对计算硬件资源占用较大，且该专利分析对象为航空转子发动机，其与传统乘用车燃油发动机工作特性不同，无法获得技术启示应用于乘用车发动机的整机动力学分体式建模分析。另外，现有技术中建模过程中对螺栓连接刚度的计算方法通常采用有限元方法，首先要进行螺栓和连接部件的有限元建模，然后进行螺栓连接刚度静力学计算，这种计算方法的仿真结果精度较高，但有限元建模时间较长，计算过程复杂。

综上所述，现有技术中对发动机整机动力学建模的研究较少，且无法分析单个部件的影响，仿真效率较低，对计算硬件资源占用较大，建模计算过程复杂。

发明内容

为了解决现有技术建模方法无法分析单个部件的影响、仿真效率低、硬件资源占用较大、建模复杂的问题，本发明提供了一种发动机整机动力学分体式建模方法。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

步骤1.部件有限元建模：

采用通用有限元建模软件对发动机各个部件进行单独的有限元模型建立；

步骤2.螺栓连接特征定义：

定义主轴承连接单元，定义主轴承载荷施加节点和燃烧爆发压力载荷激励节点，定义各个部件相互关联的螺栓连接部位刚性连接单元，将螺栓连接部位刚性连接单元主节点定义为主自由度点，作为动力学模型中螺栓连接节点；

步骤3.对部件结构特性矩阵求解：

对零有限元模型进行模态压缩，求解发动机各个部件的结构特性矩阵，作为发动机整机动力学部件柔性化的输入文件；

步骤4.动力学模型计算参数定义：

定义动力学计算的激励源以及边界参数；

步骤5.动力学建模螺栓连接参数定义：

定义具有螺栓连接关系的各部件间的螺栓连接刚度参数，包括：发动机缸体、缸盖、前罩盖、机油盘、气缸盖罩盖，至此完成动力学模型的建立。