Simpack Engine發(fā)動機多體動力學仿真方案設計

Simpack作為專家級多體動力學仿真分析軟件,具有面向不同行業(yè)、不同產品的專業(yè)解決方案。同樣,針對發(fā)動機產品的多體仿真需求,Simpack也同樣具有專業(yè)的仿真方案。

Simpack具有發(fā)動機專業(yè)模塊Simpack Engine,是和BMW、F1、MAN等公司聯(lián)合開發(fā)完成,用于發(fā)動機模型的快速建立和仿真。包含鏈傳動、HLA模塊、動態(tài)彈簧、氣缸力等模塊,利用這些模塊,并結合Simpack其他功能模塊,可以建立發(fā)動機曲軸系統(tǒng)、配氣機構、正時機構以及發(fā)動機整機的詳細模型,也能建立非標準機構 (如:可變氣門正時),能用于所有型號的發(fā)動機多體動力學仿真分析。

利用Simpack Engine,可以對發(fā)動機進行以下分析:

• 系統(tǒng)動力學 (1D 到 3D)
• 部件動力學性能
• 部件應力/耐久性分析
• NVH 分析

Simpack Engine強大的發(fā)動機仿真功能,已經得到世界知名企業(yè)的應用,包括BMW、MAN、Dailmer、Schaeffler、長安汽車等。

Simpack Engine發(fā)動機專業(yè)建模功能:

(1)GasForce氣缸力。主要用于發(fā)動機中氣缸爆發(fā)壓力的模擬,可以模擬發(fā)動機不同的噴油順序對發(fā)動機輸出扭矩的影響;

(2)HydraulicLash Adjuster液壓間隙調節(jié)器。主要用于發(fā)動機正時機構和配氣機構中動態(tài)液壓間隙調節(jié)器的模擬,可以考慮液壓間隙調節(jié)器中幾何參數、油液特性等的影響;

(3)DynamicSpring動態(tài)彈簧。主要用于配氣機構中彈簧的模擬,采用離散方法(連續(xù)梁+多質量模型),將彈簧考慮為3D多質量點氣門彈簧模型,可以分析彈簧橫向彎曲和縱向拉伸的動態(tài)變化對氣門閉合特性的影響;

(4)Belt/Chain帶/鏈傳動。用于發(fā)動機正時機構中帶/鏈傳動的建模和仿真;

(5)Gear Pair齒輪傳動。能直接建立齒輪幾何模型,考慮宏觀和微觀參數,通過解析法精確模擬齒輪嚙合特性,并考慮時變剛度;

(6)EHD彈性液體動壓軸承。用于模擬兩個軸承表面(考慮力、壓力分布、潤滑劑流速等因素)之間的共形接觸(潤滑或干燥)以及軸承性能特征(如相對偏心)。能考慮兩個支承面的局部彈性變形。

Simpack Engine配氣機構

Simpack Engine可以幫助用戶輕松完成對發(fā)動機配氣機構動力學的建模和仿真。能對配氣機構進行運動學分析和凸輪輪廓生成。考慮精確的液壓間隙調節(jié)器的動態(tài)性能,進行動力學分析,得到系統(tǒng)動態(tài)性能。

Simpack具有專業(yè)的2維和3維接觸力元,可以真實模擬凸輪和搖臂、門桿和導管之間的接觸和摩擦,獲得接觸力和接觸損耗。

Simpack軟件具有統(tǒng)一的建模環(huán)境,并具有獨特的子結構建模技術,在已被驗證子模型的基礎上,可以快速建立完整的配氣系統(tǒng)模型。

Simpack Engine曲軸系統(tǒng)

Simpack Engine可以建立發(fā)動機曲軸系統(tǒng)活塞、連桿、曲軸、飛輪、扭轉減振器以及軸承等詳細模型。其中,Simpack具有專業(yè)的EHD彈性液體動壓軸承,可以精確地考慮彈性液體動壓潤滑效應對曲軸系統(tǒng)彈性支撐部件的影響。

能對柔性活塞缸套接觸進行建模,模擬活塞的二階運動,得到柔性缸套和柔性活塞之間詳細的接觸性能。

Simpack Engine正時機構和附件驅動

Simpack具有專業(yè)的齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動建模工具,可以幫助用戶方便地建立發(fā)動機正時機構和附件驅動精確的動力學模型。

Simpack Engine懸置系統(tǒng)優(yōu)化設計

Simpack具有專業(yè)的動態(tài)襯套力元,可以準確地模擬隨工作頻率和相位改變的發(fā)動機懸置彈性支撐系統(tǒng),并利用其NVH分析功能,進行發(fā)動機懸置剛度、阻尼參數設置,并且能根據發(fā)動機的特殊工況,進行發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

Simpack Engine疲勞及耐久性分析

Simpack具有FEMFAT和Fe-Safe等疲勞軟件的接口,可以從發(fā)動機動力學仿真的結果中讀入部件在某工況下的動態(tài)載荷,進行發(fā)動機部件的疲勞和耐久性分析,并能實現(xiàn)完全自動化分析流程。

Simpack Engine整機分析和NVH分析

在建立的配氣機構、曲軸系統(tǒng)和正時系統(tǒng)模型基礎上,Simpack Engine能建立詳細的發(fā)動機整機模型,進行系統(tǒng)級耦合分析。

Simpack求解器沒有數值阻尼,可以進行高頻NVH分析。具有專業(yè)的旋轉機械階次分析技術,對于發(fā)動機這類旋轉機械,可以分析其在工作中的振動與噪聲峰值所對應的階次和頻率,獲得NVH性能,從而為發(fā)動機的平衡機構設計提供依據。

Simpack Engine發(fā)動機數據庫

Simpack Engine提供詳細的預定義的發(fā)動機模型數據庫,包含大部分常用的發(fā)動機類型,完全參數化模板模型應用在不同復雜程度的建模,子結構建模技術包含了所有預期的應用工況,并且能方便地進行模型庫擴展。利用該發(fā)動機模型數據庫,可以幫助用戶方便地建立起發(fā)動機模型。

Simpack Engine案例

(1)BMW使用Simpack進行發(fā)動機性能驗證,包括:

發(fā)動機動力學性能分析

汽車和摩托車發(fā)動機曲軸疲勞耐久性分析

發(fā)動機NVH分析

(2)MAN船用發(fā)動機動力學和疲勞耐久性分析

(3)Schaeffler基于Simpack二次開發(fā)實現(xiàn)配氣機構快速仿真

編輯：hfy