基于試驗(yàn)與仿真分析的發(fā)動機(jī)運(yùn)動件摩擦耦合動力學(xué)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)數(shù)字化虛擬樣機(jī)，為發(fā)動機(jī)動力學(xué)系統(tǒng)的評估分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(jī)虛擬樣機(jī)，系統(tǒng)地得到了發(fā)動機(jī)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(jī)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(shí)地反映發(fā)動機(jī)的實(shí)際工作狀況。因此，在動力學(xué)建模和仿真計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮系統(tǒng)中的油膜動力潤滑摩擦行為。 發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時(shí)有些運(yùn)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(jī)運(yùn)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(yàn)分析方法。通過自主設(shè)計(jì)的金屬干摩擦特性試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)和理論模型進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了理論模型的正確性與不足。參照理論模型與試驗(yàn)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(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果以及理論計(jì)算結(jié)果具有較好的吻合程度，驗(yàn)證了有限元分析方法可以用于進(jìn)行實(shí)際機(jī)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(jī)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(shí)