基于試驗與仿真分析的發(fā)動機運動件摩擦耦合動力學(xué)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代發(fā)動機數(shù)字化仿真分析研究的不斷深入，迫切需要解決發(fā)動機系統(tǒng)中的摩擦學(xué)特性與動力學(xué)特性耦合的問題，這也是發(fā)動機振動噪聲控制研究水平不斷提高的技術(shù)需求。本文對發(fā)動機系統(tǒng)中的摩擦學(xué)行為與動力學(xué)行為的耦合特性進(jìn)行了開拓性的研究，采用有限元，非線性有限元和柔性多體動力學(xué)的方法建立了一個包含多種摩擦學(xué)特性的發(fā)動機數(shù)字化虛擬樣機，為發(fā)動機動力學(xué)系統(tǒng)的評估分析和優(yōu)化設(shè)計提供了可靠的數(shù)據(jù)平臺。 文章首先系統(tǒng)地分析了發(fā)動機中存在的各種摩擦學(xué)

2、現(xiàn)象，將摩擦行為分為兩個研究系統(tǒng)：油膜動力潤滑摩擦系統(tǒng)和干摩擦系統(tǒng)。將彈性流體動力學(xué)和摩擦學(xué)理論引入多體動力學(xué)仿真技術(shù)中，提出了一種針對曲軸系統(tǒng)與油膜動力潤滑摩擦耦合的聯(lián)合仿真技術(shù)。以一臺車用四缸柴油機為例建立了曲軸軸系與流體動力潤滑主軸承耦合的發(fā)動機虛擬樣機，系統(tǒng)地得到了發(fā)動機主軸承載荷、軸心軌跡以及油膜最小厚度等數(shù)據(jù)。通過分析發(fā)現(xiàn)發(fā)動機曲軸系統(tǒng)的油膜動力潤滑摩擦行為會對系統(tǒng)的動力學(xué)特性產(chǎn)生較大的影響，使用流體潤滑耦合的多體動力學(xué)系統(tǒng)

3、進(jìn)行仿真分析能更真實地反映發(fā)動機的實際工作狀況。因此，在動力學(xué)建模和仿真計算時應(yīng)該考慮系統(tǒng)中的油膜動力潤滑摩擦行為。 發(fā)動機在運行時有些運動副不可避免地會出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。本文針對發(fā)動機運行中的干摩擦問題，提出了一種車用金屬材料干摩擦特性的試驗分析方法。通過自主設(shè)計的金屬干摩擦特性試驗裝置，測量得到了干摩擦遲滯特性曲線以及等效剛度與阻尼變化規(guī)律，并將試驗數(shù)據(jù)和理論模型進(jìn)行比較分析，驗證了理論模型的正確性與不足。參照理論模型與試驗裝

4、置建立了相應(yīng)的非線性有限元分析模型，并將有限元仿真計算結(jié)果與試驗及理論結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)有限元模型結(jié)果與試驗結(jié)果以及理論計算結(jié)果具有較好的吻合程度，驗證了有限元分析方法可以用于進(jìn)行實際機械結(jié)構(gòu)金屬材料干摩擦表面的接觸分析。 最后，以活塞-缸套系統(tǒng)為研究對象，提出了采用非線性有限元技術(shù)與多體動力學(xué)仿真技術(shù)相結(jié)合的方法，建立了包含子系統(tǒng)干摩擦行為的發(fā)動機多體動力學(xué)模型，仿真結(jié)果指出考慮了非線性接觸摩擦的活塞-缸套多體動力學(xué)系統(tǒng)更真實