基于柴油机虚拟样机的动力学仿真研究

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基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究

基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究一、本文概述随着科技的不断进步和工业领域的快速发展，减速器作为机械设备中的重要组成部分，其性能优化和动力学特性研究显得尤为重要。

近年来，虚拟样机技术以其高效、精准和灵活的特性，在产品设计、分析和优化中得到了广泛应用。

本文旨在探讨基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究，以期为减速器的设计优化和性能提升提供理论支持和实践指导。

本文首先简要介绍了虚拟样机技术的基本原理及其在减速器研究中的应用背景，阐述了开展基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究的必要性和意义。

接着，详细介绍了虚拟样机技术在减速器建模、动力学仿真分析以及性能评估等方面的具体应用方法和步骤。

在此基础上，本文还探讨了虚拟样机技术在减速器优化设计中的应用潜力，以及未来可能的发展方向和挑战。

通过本文的研究，旨在加深对基于虚拟样机技术的减速器动力学仿真研究的理解，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考和启示。

也希望本文的研究能为减速器的设计优化和性能提升提供新的思路和方法，推动工业领域的技术进步和发展。

二、虚拟样机技术概述虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology，VPT）是一种基于计算机仿真技术的先进设计方法，它能够在产品设计阶段就全面模拟产品的实际性能和运行状态，从而在产品投入实际生产前就能预测其性能，优化设计方案，降低研发成本，缩短研发周期。

虚拟样机技术集成了计算机图形学、仿真技术、优化设计、并行工程等多学科的理论与技术，是现代设计制造领域的重要发展方向。

在减速器动力学仿真研究中，虚拟样机技术发挥着至关重要的作用。

通过建立减速器的三维数字模型，并赋予其材料属性、运动约束和加载条件，可以模拟减速器在各种工况下的运行状态，如启动、加速、减速、停止等，以及在不同载荷、不同转速下的动力学行为。

通过动力学仿真，可以深入了解减速器的内部运动规律，预测其在实际运行中的动态性能，如振动、噪声、温升等，从而为减速器的优化设计提供重要依据。

240275柴油机虚拟样机轴系运动学及动力学仿真分析的开题报告

240275柴油机虚拟样机轴系运动学及动力学仿真分析的开题报告一、选题背景目前，柴油机的运动学及动力学仿真技术已经成为柴油机可靠性和可持续性发展的重要保障。

通过虚拟样机仿真分析，可以更有效地评估柴油机的性能、预测寿命和优化设计。

在现代柴油机中，轴系是发动机中最关键的部件之一，因此对轴系的运动学和动力学性能进行仿真分析具有重要的研究价值。

二、研究内容本课题旨在进行240275柴油机虚拟样机轴系运动学和动力学仿真分析，主要研究内容包括：1. 建立240275柴油机轴系的三维数学模型，并在Simulink环境下进行仿真分析；2. 对轴系的旋转运动和振动进行仿真模拟，并计算其相关参数；3. 考虑不同工况下的载荷情况，分析轴系中的应力分布和变形情况；4. 基于仿真结果，对轴系进行优化设计，提高柴油机的性能。

三、研究意义本项目研究轴系的运动学和动力学性能，有助于柴油机的优化设计和改进。

其中主要的研究意义如下：1. 可以评估轴系的转动性能和稳定性，发现潜在的故障因素，从而提高传动的可靠性；2. 通过可视化分析轴系的运动和变形情况，可以准确预测柴油机寿命以及减少维修时间和成本；3. 利用仿真结果，可以优化柴油机的设计，提高其工作效率和性能，以满足现代交通和工业生产的需求。

四、研究方法本研究计划采用以下方法：1. 借助CAD软件建立240275柴油机轴系的三维模型，并将其导入Simulink环境下进行仿真分析；2. 对轴系的旋转运动和振动进行仿真模拟，利用MATLAB工具计算相关参数；3. 分析轴系的应力分布和变形情况，考虑不同载荷情况下的影响；4. 基于仿真结果，对轴系进行优化设计，并评估柴油机的工作效率和性能。

五、预期成果本研究预期能够获得以下成果：1. 建立240275柴油机虚拟样机轴系的数学模型，并开展运动学和动力学性能仿真分析；2. 分析轴系中的应力分布和变形情况，并预测寿命、优化设计；3. 提出柴油机轴系优化设计方案，以提高其工作效率和性能；4. 获取相关技术并成功应用于实践工程中，为柴油机可靠性和可持续性发展做出贡献。

基于虚拟样机的柴油机动力学的DOE设计分析

毕业设计(论文) 题目基于虚拟样机的柴油机动力学的DOE设计分析摘要柴油机虚拟样机技术是当今柴油机发展的主要方向，建立一个准确的与实际相吻合的柴油机是进行柴油机虚拟计算的基础，在样机的基础上建立准确的主轴颈轴承模型，并对其进行动力学计算分析。

传统的设计方法存在着开发周期较长，精度低等缺点。

为此，本课题采用现代设计方法之一——虚拟样机技术，对机车柴油机轴系进行动力数值仿真及优化设计。

GT-SUITE是目前走在世界前列的柴油机仿真计算软件之一。

本课题利用其GT-CRANK模块来模拟8V240柴油机主轴颈轴承部分。

我们主要通过对主轴径的运动学计算，来求出主轴颈轴心的运动规律；我们在不同的边界条件进行对比下研究轴承润滑油的厚度变化规律及润滑油温度的变化规律及轴承间隙对轴承润滑的影响。

仿真得到的机构运动学和动力学特性，与理论计算结果吻合较好，可为该型柴油机的曲柄连杆机构的优化和改进进而确定相对较好的设计参数，为机车柴油机的改进设计提供依据。

关键词：连杆气缸曲柄活塞轴承虚拟样机AbstractThe technology of virtual prototype is the main direction of the diesel engine development，building an exactly diesel engine of inosculating with practice is the basic of launching on calculation of virtual prototype，and setting up the model of the crank train exactly on the base of prototype，and do some computing on kinetics.The traditional design is disadvantage for the reason of long period of exploitation and lower precision .So，adopting one of the present designs --- technology of virtual prototype，to simulate the diesel engine shafts dynamically and optimize it. Now GT-SUITE is one of the software of the diesel engine simulate computing，which is going ahead at the present time. We take the use of the module of the GT-CRANK to simulate the bearings in the crank train of 8v240 engine .We will get the movement of the crank train axes by calculating the kinematics crank train；knowing the journal orbit how to move，And knowing the effect of the lubricating ability when the oil film ，the temperature of the lubricating oil and the clearance of the bearing change under the different cases.The result of simulation is very conformable with theoretical computation，which supplies the foundation for optimization design modification of this engine .And the result gives the foundation for establishing the foundation of design improvement.Key words：connecting rod cylinder crankshaft piston bearing virtual prototype目录第一章绪论 (1)1.1前言 (1)1.2虚拟样机技术简介 (1)1.2.1虚拟样机概念 (1)1.2.2虚拟样机在柴油机动力学上的应用 (2)1.3本课题研究的内容及目的意义 (3)第二章曲柄连杆机构组成及其计算分析 (5)2.1曲柄连杆机构的组成 (5)2.1.1曲轴组 (5)2.1.2连杆组 (5)2.1.3活塞组 (6)2.1.4气缸 (7)2.1.5轴承 (7)2.2柴油机曲柄连杆机构运动学 (7)2.3柴油机曲柄连杆机构动力学 (9)第三章建立8V240虚拟样机模块 (11)3.1GT软件简介 (11)3.1.1关于发动机软件GT-CRANK的介绍 (11)3.1.2GT-CRANK软件模板库简介 (11)3.1.3GT-CRANK软件的使用 (11)3.2建立8V240柴油机模块 (12)3.3虚拟样机各模块参数的输入 (13)3.3.1气缸模块 (13)3.3.2活塞模型 (14)3.3.3连杆模型 (15)3.3.4曲轴模块 (15)3.3.5轴承模块 (16)3.3.6曲轴箱模块 (17)3.4模型的连接 (18)3.5参变量的输入 (19)3.6DOE参数的输入 (20)3.7软件运算 (21)3.8模型的后处理工作 (22)第四章计算结果及分析 (23)4.1轴承间隙对主轴颈轴承影响 (23)4.2润滑油温度对主轴颈轴承动力学性能的影响 (25)4.3润滑油温度与轴承间隙对轴承性能的综合影响 (27)第五章结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第一章绪论1.1前言当前，我国铁路正向“高速重载”方向飞速发展。

虚拟样机技术及其动力学仿真分析

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基于虚拟样机技术的曲轴多体动力学仿真

１２刚体系统动力学方程的建立．
应用拉格朗日待定乘子法，立的多刚体系统的建
动力学方程为
『嚣一］ —＝］［＿箬＋［＋Ｑ。
，
。
１发动机曲轴系统柔性多体动力学仿真分析方法
发动机曲轴系统的主要组成部件包括曲轴、杆、连活塞等。首先在三维建模软件ＳｌＷｏｋｏｄｒｓ中建立这些ｉ
０ｇｇ＝０（，，）
式中：是系统能量。
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÷（Ｍ＋／）ｇ）０ｖｖｗ；，＝为完整约束方Ｔ（
程；（，ｔ０为非完整约束方程；０ｇ，）＝ｇ是广义坐标列阵；Ｑ广义力列阵；Ｐ是对应于完整约束的拉氏乘子列阵；是对应于非完整约束的拉氏乘子列阵；是质Ｍ量列阵；是广义速度列阵；，是转动惯量列阵；是
拉角作为广义坐标
收稿日期：２００７—１ —２修改稿收到日期：０８— １—１１２２００７第一作者马星国男，博士，教授，９３年２月生１６
图１柔性体变形点ｐ的位置矢量
维普资讯
中图分类号：Ｔ４３３Ｋ２．文献标识码：Ａ
发动机中的曲柄连杆机构工作于高温高压环境中，其零件承受很大的交变载荷。曲轴作为发动机的主要承载零件，力学性能直接影响着发动机的可靠其性和寿命Ｊ目前国内外开展的关于曲轴受力分析的。研究方法大多采用简化的曲轴模型，限于某个时刻局或者某几个时刻，而不是面对整个工作过程，能全面不准确反映曲轴在实际工作过程中的受力状态。本文综合采用虚拟样机技术、性多体动力学理论和有限元柔分析方法对曲轴进行动态分析，加精确地进行了曲更轴在实际工况下的实时动力学响应分析。

基于虚拟样机技术的柴油机曲柄连杆机构动力学仿真研究

的应用．利用计算机建造柴油机曲柄连杆机构的实标：ｇｌ＝【，，ｚ，，，】：，ｇ＝ｌｇ，…，『，即每个
体模型，并进行动力学仿真分析，可得到整个系统刚体用６个广义坐标描述。系统动力学方程是最大
协调运作下的运动规律和动力学特性参数。
数量但却高度稀疏耦合的微分代数方程，适于用稀
图２曲轴的有限元模型
图１多刚体系统动力学仿真模型
２．２柔体系统动力学模型的建立２．２．１多柔体系统动力学方程
ＡＤＡＭＳ多柔体是采用将零件的运动分解为整体（物体参考系）的刚性运动和相对于物体参考系的变形运动的相对描述法。变形运动近似采用离散的有限个自由度位移来表示，在小弹性变形的范围内，位移可用模态向量及相应的模态坐标的线性组合来描述。
“Ａｍｉｃｓａｎｄｍｕｌ廿一ｒｉｄｂｏＩｙｄｌ删ｃｓ，ｗｈｉｃｈｇｉＶｅｓａｆ０ｕｎｄａ廿叽ｆｂｒ０ｐ廿ｍｉｚａ舡ｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄ
ｆｊｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａ瑚】ｙｓｉｓｏｆｅｘｃｉｔａ廿０ｎｆ０ｒｃｅｏｆｃｍｌ【ｔｒａｉｎｏｎｃｙｌｉｎｄｅｒｂｌｏｃｋｏｆａｄｉｅｓｅｌｅｎ．
柴油机设计与制造Ｄｅｓｉｇｎ＆ＭａｎＬＬｆｌａｃｔⅢ．ｅｏｆＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅ
２００８年第４期第ｌ５卷（总第ｌ２５期）
基于虚拟样机技术的柴油机曲柄连杆机构动力学仿真研究
赵丕欢樊文欣张保成郭常立（中北大学机械工程及自动化学院，山西太原Ｏ３ｏ０５１）
构模板中修改有关发动机的总体参数或零部件的总

基于虚拟样机技术的传动系统动力学建模和仿真

ＢａｅｎＶｉｔｌｏｏｙｏｅｃｎｌｇｓｄｏｒｕａｔｔｐｅＭｄｌＰｒＴｅｈｏｏｙ
ＧｏｅＷａｇａ（ｉｊｔｎｌｏｂｓｏｎｉｅｅｅｒｈＩｓｔｔａｉＬｎｏＴａｉＩｅａＣｍｕｔｎｇｎｓａｃｔｕｅＴｎｎｎｒｉＥＲｎｉ）
ｔａｓｓｉｎａｅａｄｔｅｄｎｍｉｕｖｅｏｅａｃｌｒｔｏ，ａｌｃｎｂｅｏｔｉｅｈｏｇｈｆｅｒａｍｅｔｒｎｍｉｓｏｘｌｎｈｙａｃｃｒｆｔｃｅｅａｉｎｌａｂａｎｄｔｒｕｈｔｅａｒｔｅｔｎ，ｈｔ
和动力学分析仿真，以确定系统及各构件在任意时刻的位
置、速度和加速度，进而确定引起系统及各构件Hale Waihona Puke 动所需的作用力。
并根据仿真结果精化和优化系统设计与过程。该技术一出现就受到了人们的普遍重视，之后又相继推出了各种软
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＩｈＤＡＭＳＥｎｉｏｕｌ，ｔｅｇａｎｄｏｈｒｉｐｏｔｎｔｐａｔｆＧＹ６ｅｇｎｅｒａｎｔｅＡ／ｇｎｅｍｄｅｈｅｒａｔｅｍｒａｒｓｏｎｉｅｒ
Ｋｅｒ：ＧＹ６ｅｉｅＶｉｔａｒｔｔｐｄｌＲｅｒｔａｍｉｓｏｙｔｍＮｏｓｏｔｏｙｗｏｄｓｎｇｎｒｕｌｏｏｙｅｍｏｅｐａｎｓｓｉｎｓｓｅｒｉｅｃｎｒｌ

16PA6STC柴油机整机虚拟样机及运动学仿真研究

16PA6STC柴油机整机虚拟样机及运动学仿真研究肖民;徐天明;姚寿广【摘要】目前国内对于柴油机虚拟样机技术的研究,往往局限于柴油机的某一个运动机构,不能对柴油机整体进行较为完整的建模和分析,也无法反映各机构之间的配合.针对这个问题,基于虚拟样机技术,利用Pro/engineer平台与Adams平台建立了16PA6STC型柴油机整机的虚拟样机,并对其进行了运动学仿真.仿真得到该样机各部件的运动学特性与理论计算结果较吻合.该样机的建立考虑了各机构之间的配合,比单个机构的虚拟样机能更好地反映柴油机整体的运动情况,可为该型柴油机的优化和设计改进提供可靠的依据.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)003【总页数】5页(P263-267)【关键词】柴油机;虚拟样机;运动学仿真【作者】肖民;徐天明;姚寿广【作者单位】江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003【正文语种】中文【中图分类】TK422柴油机的“传统设计”主要采用“设计—试验—修改设计—再试验”这种多次反复的方法,一个型号柴油机的开发一般需要10年的时间, 耗费巨大[1].为了加快新型机械设备的研发速度,提高质量、减少成本[2],就需要一种新的技术来改变这种传统的设计方法.虚拟样机技术[3]的出现为解决柴油机的设计优化问题提供了一条可行之路.虚拟样机技术是机械工业的一项新兴技术[4],是一种应用产品数字化设计和计算机仿真技术构建产品的3D数字模型,并模拟真实产品,对其性能和行为进行仿真的一种全新的产品数字化设计方法[5].利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估,缩短开发周期,降低成本,改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求的能力[6].但是,目前我国国内对于柴油机虚拟样机技术的研究,往往局限于对某一个运动机构的研究.文献[7]建立了12VPA6柴油机曲轴-连杆-活塞机构的虚拟样机,对其进行了运动学与动力学仿真;文献[8]建立了4100QB发动机配气机构的虚拟样机;文献[9]建立了多级齿轮传动系统的虚拟样机.以上对于虚拟样机技术的研究,对柴油机不同的运动机构进行了仿真,也都得出了较准确的结果,但都没有对一台完整的柴油机进行虚拟样机的建立及运动学仿真研究.针对当前柴油机虚拟样机建立不完整的问题,本文充分考虑各机构之间的配合关系,对柴油机的虚拟样机技术进行了进一步的研究.本文基于虚拟样机技术,利用Pro/engineer wildfire 2.0 三维实体建模软件与Adams 2005仿真软件建立了16PA6STC柴油机整机的虚拟样机,并在Adams环境下对该样机进行了仿真运行,得到了该样机的运动学特性参数.对得到的参数进行分析后发现,该虚拟样机的运动学仿真特性与理论计算数据吻合较好,不但建立起了该型柴油机的虚拟样机,而且还形成了一套完整的建立柴油机整机虚拟样机的方法.1 整机虚拟样机的建立1.1 三维实体模型的建立根据16PA6STC 柴油机图纸,在Pro/engineer中建立16PA6STC柴油机整机的三维实体模型,整机三维实体模型包括以下部件: ① 曲轴-连杆-活塞机构; ② 配气机构;③ 正时齿轮传动机构; ④ 主要固定件.为了保证运动学仿真结果的准确性,主要运动部件的模型需要严格按照16PA6STC柴油机图纸来建立.固定件模型的建立则在保证其结构轮廓基本准确,重心位置正确的前提下,尽量简化模型以提高模型的仿真效率.然后按照各零部件的实际配合情况进行虚拟装配形成整机的三维实体模型,装配中要特别注意配气机构、曲轴-连杆-活塞机构和齿轮传动机构各自所处的相位,只有三者都处在准确的位置角度才能保证虚拟样机的正确性.建立的16PA6STC柴油机三维实体模型如图1所示.图1 16PA6STC柴油机整机三维实体模型Fig.1 3D solid model of 16PA6STC diesel1.2 多刚体模型的建立首先,利用Pro/engineer与Adams的接口Mechanism/pro模块[10-11]将16PA6STC柴油机整机三维实体模型中的各零件分别定义为刚体.刚体的定义采用Mechanism/pro中By Selection(手动逐个添加)的功能,原则上将具有相同运动状态的零件定义为一个刚体,例如将活塞顶部与活塞裙部定义为一个刚体,连杆及上下轴瓦定义为一个刚体.所有刚体定义完成后就可以进行约束的添加,每2个相互接触刚体之间都存在至少一个约束,需完成以下类型约束的添加:固定副、旋转副、移动副、球副、圆柱副.Mechanism/pro并不能完成所有约束的添加,某些复杂的约束,如碰撞、齿轮副、基本副和弹簧还需在Adams软件中进行添加.完成约束的添加之后16PA6STC柴油机整机多刚体模型就建立起来了,见图2,为方便观察隐藏了机架及部分气缸盖、气缸体.图2 16PA6STC柴油机整机多刚体模型Fig.2 Multi-rigid body model of16PA6STC diesel1.3 虚拟样机的建立要完成16PA6STC柴油机整机虚拟样机的建立,还需要完成数据的转换、剩余约束的添加,并对参数进行修改.首先,将建立的16PA6STC柴油机整机多刚体模型保存为Adams可读的格式,并由Adams读入.然后在Adams中完成剩余约束的添加:包括正时齿轮传动机构处的4个齿轮副、凸轮与气阀挺杆之间的碰撞,并在配气机构气阀上下座之间添加弹簧.最后,完成约束的添加之后,就可以对以下模型参数进行修改: ① 样机各零件的材料属性,包括材料的名称、密度、杨氏模量和泊松比; ② 零件之间的碰撞参数,根据常见金属碰撞参数表,对零件之间碰撞添加Stiffness(刚度系数)、Force Exponent(力的非线性指数)、Damping(最大粘滞阻尼系数)、Penetration Depth(最大阻尼时的变形系数); ③ 弹簧的参数,包括弹簧刚度、弹簧阻尼与预载荷; ④ 驱动转速及力载荷,驱动转速的设定要视具体工况而定,本文中选择16PA6STC柴油机额定工况下的转速,即1050r/min.力载荷为缸内气体压力,其施加通过Adams中Spline(样条曲线)功能实现.先将计算得到的缸内压力随时间变化关系用txt文档将数值保存下来,然后用Adams将txt文档导入为Spline格式,并施加到每个活塞的上顶面.计算得到的缸内压力p曲线如图3所示,曲轴转角θ为0°时为压缩行程结束上止点位置(其它图与之相同).完成约束添加及参数修改之后,16PA6STC柴油机整机虚拟样机就建立起来了,为了方便观察各主要运动件的安装及运动情况,将机架、油底壳等固定件透明化处理,16PA6STC柴油机整机虚拟样机如图4所示.图3 缸内压力曲线Fig.3 Curve of pressure inside cylinder图4 Adams环境下16PA6STC柴油机整机虚拟样机Fig.4 Virtual prototype model of 16PA6STC diesel in Adams2 运动学仿真分析2.1 样机调试及仿真运行在样机运行之前,使用Adams中的约束检查功能查看整个样机是否存在冗余约束,若存在冗余约束则需要对冗余的约束进行修改,直到冗余约束为零.在CPU为Intel奔腾双核2.20GHz、内存为1G的计算机上运行15min左右后,完成了16PA6STC柴油机的运动学仿真,得到一系列额定工况下16PA6STC柴油机运动学特性参数.16PA6STC柴油机16个气缸各缸的活塞及配气机构运动规律完全相同,只是彼此相差一个相位角,故文中仅选取A1气缸的曲轴-连杆-活塞机构、配气机构作为分析对象.仿真运行的时间表明,建立的16PA6STC柴油机整机虚拟样机对计算机要求较低,样机运行速度较快.2.2 曲轴连杆活塞机构运动学特性图5为A1缸活塞运动学特性理论曲线,s为活塞位移，v为活塞速度，a为活塞加速度.图6为A1缸活塞运动学特性仿真曲线.对比图5,6可以看到,仿真曲线与理论曲线的变化趋势一致且数值基本吻合,存在少许差异是因为理论曲线是在转速恒定的理想情况下计算出的,而仿真过程中曲轴转速并不是恒定不变,而是存在少许波动的.a) 活塞位移理论曲线b) 活塞速度理论曲线c) 活塞加速度理论曲线图5 活塞运动学特性理论曲线Fig.5 Curves of theoretical calculation on piston′s kinematics characteristicsa) 活塞位移仿真曲线b) 活塞速度仿真曲线c) 活塞加速度仿真曲线图6 活塞运动学特性仿真曲线Fig.6 Curves of simulation on piston′s kinematics characteristics2.3 配气机构运动学特性图7为A1缸进气阀运动学特性理论曲线,图8为该进气阀运动学特性仿真曲线.对比图7，8可以看出,进气阀的仿真升程曲线与理论曲线基本一致,仿真升程曲线最大值为20.945mm,理论升程曲线最大值为20.051mm,误差为4.46%.该误差主要是由进气阀到达最大升程瞬间的惯性力引起的,另外弹簧的波动对其也有一定影响.由于在理论计算和仿真过程中均将气门间隙设置为0,因此气门间隙对该计算结果没有影响,也不产生误差.仿真速度、加速度曲线与理论速度、加速度曲线变化趋势一致,数据较吻合.但仿真的速度、加速度曲线存在一定的波动,这是由于零件之间的碰撞及摩擦力等因素导致的,这相对于理论计算更真实地反映了零件之间的相互作用及进气阀的运动情况.a) 进气阀升程理论曲线b) 进气阀速度理论曲线c) 进气阀加速度理论曲线图7 进气阀运动学特性理论曲线Fig.7 Curves of theoretical calculation on inlet valve′s kinematics characteristicsa) 进气阀升程仿真曲线b) 进气阀速度仿真曲线c) 进气阀加速度仿真曲线图8 进气阀运动学特性仿真曲线Fig.8 Curves of simulation on inlet valve′s kinematics characteristics图9，10分别为排气阀运动学特性的理论曲线与仿真曲线.从图9，10可以看到排气阀运动学特性的仿真曲线与理论曲线变化趋势一致,数值较吻合.仿真曲线存在速度及加速度的波动,更真实地反映了排气阀的运动情况.对比图8，10还可以看出进气阀与排气阀的气阀重叠角约为175°CA,与16PA6STC柴油机技术文件中标明的176°CA大致相同,这进一步说明了仿真的正确性.对图6，8，10进行综合对比可以得出如下结论: ① 进气阀开角约为活塞排气上止点之前55°CA,关角约为活塞进气下止点后33°CA;排气阀开角约为活塞膨胀下止点前70°CA,关角约为活塞排气上止点后120°CA.对比16PA6STC柴油机技术手册中的气阀开、关角度,可以看出所建立的16PA6STC柴油机整机虚拟样机的各运动机构相位配合较准确. ② 从主动机构(曲轴-连杆-活塞机构)到从动机构(配气机构),速度及加速度运动特性曲线的波动有所加剧.这是由于整个柴油机的运动传递由曲轴-连杆-活塞机构,经过正时齿轮传动机构,再到配气机构,零件之间的碰撞越来越复杂,速度和加速度的变化也越来越不规则,这更真实地反映了实际情况下柴油机各机构的运动情况.a) 排气阀升程理论曲线b) 排气阀速度理论曲线c) 排气阀加速度理论曲线图9 排气阀运动学特性理论曲线Fig.9 Curves of theoretical calculation on outlet valve′s kinematics characteristicsa) 排气阀升程仿真曲线b) 排气阀速度仿真曲线c) 排气阀加速度仿真曲线图10 排气阀运动学特性仿真曲线Fig.10 Curves of simulation on outlet valve′s kinematics characteristics3 结论1) 基于虚拟样机技术,建立了16PA6STC柴油机整机的虚拟样机,并对其进行了运动学仿真模拟.2) 对仿真结果的研究发现,该样机的运动学仿真特性与理论计算结果较吻合,且比理论方法更能反映16PA6STC柴油机的真实运动情况.3) 形成了一套建立柴油机整机虚拟样机的方法,与单个运动机构的虚拟样机相比,更能准确反映柴油机整体的运动情况及机构间的配合情况.4) 16PA6STC柴油机整机的虚拟样机建立较成功,该样机可用于16PA6STC柴油机整机的性能评测、优化及设计改进,也可为其他类型柴油机的分析、优化、设计提供参考.参考文献[1] 刘子强,冯明志,李丽婷,等.数字化设计技术在船用柴油机设计中的应用[J].柴油机,2006,28(6):8-10.Liu Ziqiang, Feng Mingzhi, Li Liting, et al. Application of digital design in marine diesel engine [J]. Diesel Engine, 2006, 28(6): 8-10.(in Chinese) [2] Wu Nanxing, Sun Qinghong, Yu Dongling,et al. Kinematics simulation and application for machine tool based on multi-body system theory [J]. Journal of Southeast University:English Edition, 2004, 20(2): 162-164. [3] Wang G G. Definition and review of virtual prototyping [J]. Journal of Computing and Information Science in Engineering, 2002, 2(3):232-236. [4] 郑学贵,王国治.斜盘发动机虚拟样机的动力学仿真分析[J].华东船舶工业学院学报:自然科学版,2004,18(4):81-85.Zheng Xuegui, Wang Guozhi. Simulation of dynamic analysis of the virtual prototype of the wobble-motor [J]. Journal of East China Shipbuilding Institute:Natural Science Edition, 2004, 18(4):81-85.(in Chinese)[5] 熊光楞,郭斌,陈晓波，等.协同仿真与虚拟样机技术[M].北京：清华大学出版社,2004.[6] 熊光楞,李伯虎,柴旭东.虚拟样机技术[J].系统仿真学报,2001,13(1):114-117. Xiong Guangleng, Li Bohu, Chai Xudong. Virtual prototyping technology [J].Journal of System Simulation, 2001, 13(1): 114-117.(in Chinese)[7] 刘少俊,陈华清,陈新传,等.基于虚拟样机技术的柴油机曲轴-连杆-活塞机构运动学、动力学仿真分析[J].船舶工程,2006,28(3):10-13.Liu Shaojun, Chen Huaqing, Chen Xinchuan, et al. Kinematics and dynamics simulation of a diesel engine′s crank-connecting rod-piston mechanism based on virtual prototype technology[J]. Ship Engineering, 2006, 28(3): 10-13.(in Chinese)[8] Qin Wenjie, Zuo Zhengxing. Multibody system dynamics analysis for valve trains[J]. Journal of Beijing Institute of Technology:English Edition, 2000, 9(4):375-379.(in Chinese)[9] 洪清泉,程颖.基于ADAMS的多级齿轮传动系统动力学仿真[J].北京理工大学学报,2003,23(6):31-33.Hong Qingquan, Cheng Ying. Dynamic simulation of multistage gear train system in ADAMS[J]. Transaction of Beijing Institute of Technology, 2003, 23(6): 690-693. (in Chinese)[10] 高秀华,李炎亮,邓洪超,等.机械三维动态设计仿真技术[M].北京：化学工业出版社,2003.[11] 李小娟. Pro/E与ADAMS联合建模方法的研究[J].装备制造技术,2008(12):31-33.Li Xiaojuan. Research of co-simulation methods between Pro/E and ADAMS [J]. Equipment Manufacturing Technology, 2008(12): 31-33. (in Chinese)。

16PA6STC柴油机整机虚拟样机及运动学仿真研究

中图分类号：Ｋ２Ｔ４２文献标志码：Ａ文章编号：１７４０（００００６０６３— ８７２１）３— ２３— ５
Ｖｉｔａｏｏｙｎｄｋｎｅａｉｓｓｍｕｌｔｏｆ１ｒｕｌｐｒｔｔｐｅａｉｍｔｃｉａｉｎｏ６ＰＡ６ＳＴＣｉｓｌｄｅｅ
ｔｉｉｔａｒｔｔｐｅｒｆｅｔｌｔｅｗｈｌｔｏｉｕｔｎｏｉｓｌｔａｉｇｅｍｏｉｎｍｅｈｎｓ．Ｉｃｎｂｈｓｖｒｕｌｐｏｏｙｅｃｓｗｅｌｈｏｅｍｏｉｎｓｔａｉｆｄｅｅｈｎｓｎｌｔｏｃａｉｍｌｏｔａｅ
Ｖｏ．４Ｎｏ３１２．
Ｊｎ２１ｕ．００
１Ｐ６Ｔ柴油机整机虚拟样机６ＡＳＣ及运动学仿真研究
肖民，天明，寿广徐姚
（江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江２２０）１０３
摘要：目前国内对于柴油机虚拟样机技术的研究，往局限于柴油机的某一个运动机构，能对柴油机整体进行较为完往不
整的建模和分析，也无法反映各机构之间的配合．针对这个问题，于虚拟样机技术，基利用Ｐｏｅｇｅｒ台与Ａａｓ台ｒｎｉｅ平／ｎｄｍ平建立了１Ｐ６Ｔ６ＡＳＣ型柴油机整机的虚拟样机，并对其进行了运动学仿真．仿真得到该样机各部件的运动学特性与理论计算之间的配合，比单个机构的虚拟样机能更好地反映柴油机整体的运动情况，可为该型柴油机的优化和设计改进提供可靠的依据．关键词：柴油机；虚拟样机；动学仿真运

基于虚拟样机的机械系统动力学仿真

基于虚拟样机的机械系统动力学仿真一、引言机械系统动力学仿真是一项关键技术，它可以帮助工程师们在设计阶段预测和分析机械系统的运行行为。

随着计算机技术和建模软件的不断发展，基于虚拟样机的机械系统动力学仿真成为一种有效的工具，能够在减少实际试验的成本和时间的同时，提供详细的系统动力学和运行特性分析。

二、虚拟样机的概念虚拟样机是指通过计算机模拟实物样机的工作原理和性能，并进行动力学仿真的模型。

它可以对机械系统进行精确的动态分析，包括振动、应变、载荷、精度以及特定工况下的综合性能。

虚拟样机与实物样机相比，具有成本低、效率高、安全性高等优势。

三、虚拟样机的基本原理虚拟样机的基本原理是通过建立数学模型来描述机械系统的动力学行为，并利用计算机软件进行仿真分析。

在建立数学模型的过程中，需要考虑机械系统的结构、材料性质、运动学和动力学特性等因素。

然后，使用相关的仿真软件来进行数值计算，并得到系统的响应曲线、应力分布等结果。

四、虚拟样机的建模方法在建立虚拟样机的过程中，可以采用多种建模方法，如有限元方法、多体动力学方法等。

其中，有限元方法是应用最广泛的一种方法，它将机械系统分割成若干个小单元，通过求解单元之间的力学关系，得到整个系统的力学特性。

而多体动力学方法则是将机械系统简化为多个刚体，通过建立运动学和动力学方程求解系统的运动状态。

这两种方法都具有一定的优势和适用范围，根据具体情况选择合适的方法进行建模。

五、虚拟样机的应用领域虚拟样机的应用领域十分广泛，包括航空航天、汽车、机械制造等多个行业。

在航空航天领域，虚拟样机可以用于分析飞机结构的强度、振动特性以及疲劳寿命等关键问题。

在汽车领域，虚拟样机可以用于评估车辆的碰撞安全性能、悬挂系统的动力学行为等。

在机械制造领域，虚拟样机可以用于预测机械设备的性能和可靠性，优化系统的设计和调试过程。

六、虚拟样机的优势与挑战虚拟样机相比传统实物样机具有很多明显的优势。

首先，虚拟样机可以提前发现并解决潜在问题，减少后期修正的需要。

基于虚拟样机技术的S195柴油机建模与仿真研究

１１基于ＰｏＥ的Ｓｌ５柴油机建模．ｒ／９
在ＰｏＥ中完成活塞组、ｒ／连杆组和曲轴飞轮组等零件的建模，利用机构模块建立其装配模型（见图１．）装配完成后，主轴上施加驱动，在对其进行简单的运动仿真，检验机构运动的正确性和零件问的干涉情况等．
的几何和质量特性参数．导人ＡＤ并ＡＭＳ中进行运动学、力学仿真分析．拟气缸内气体压力，析柴油机动模分额定工况下机构间动力作用状态；合Ａ）结ＩＡＭＳ和ＡＹＮＳＳ对内燃机曲柄连杆机构零件进行动力学有限元分析．真分析表明，真结果与￥９仿仿１５柴油机的实际工作状况基本一致，柴油机的开发设计提供了一种可行为
文章编号：６２２７（０００ — ０５０ｌ７—４７２１）３０４—３
基于虚拟样机技术的Ｓ５柴油机建模与仿真研究１９
钟相强，立军梁利东蒋，
（．安徽工程大学先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，徽芜湖２１０；１安４００２．奇瑞汽车股份有限公司设备中心技术部。徽芜湖２１０）安４００摘要：针对Ｓ９ｌ５柴油机在实际工作过程中存在的问题，用ＰｏＥ建立Ｓ９利ｒ／ｌ５柴油机虚拟样机，得各零件获

基于虚拟样机的机械系统建模与仿真技术

基于虚拟样机的机械系统建模与仿真技术在现代机械工程领域，虚拟样机技术正逐渐成为产品设计与研发过程中的重要手段。

它通过在计算机上创建机械系统的数字化模型，并进行仿真分析，能够在产品实际制造之前，对其性能、可靠性和可制造性等方面进行评估和优化，从而大大缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量。

机械系统建模是虚拟样机技术的基础。

在建模过程中，需要对机械系统的各个组成部分进行精确的描述，包括几何形状、材料属性、运动关系等。

对于简单的机械部件，如杆件、轴、齿轮等，可以采用基于几何形状的建模方法，通过 CAD 软件创建其三维模型，并导入到仿真软件中。

而对于复杂的机械系统，如汽车发动机、飞机起落架等，则需要采用多体动力学建模方法，将系统分解为多个刚体和柔性体，并通过建立运动学和动力学方程来描述其运动规律。

在建模过程中，材料属性的定义也是至关重要的。

不同的材料具有不同的力学性能，如弹性模量、屈服强度、密度等，这些参数将直接影响到仿真结果的准确性。

此外，运动副的定义也是建模的关键环节之一，它决定了各个部件之间的相对运动关系，如旋转副、移动副、球面副等。

仿真技术则是虚拟样机技术的核心。

通过对建立好的机械系统模型施加各种载荷和边界条件，并运用数值计算方法求解运动方程，可以得到系统在不同工况下的运动状态、受力情况和能量消耗等信息。

常见的仿真分析类型包括运动学仿真、动力学仿真、静力学仿真和疲劳仿真等。

运动学仿真主要关注机械系统的运动轨迹、速度和加速度等参数，用于评估系统的运动性能和协调性。

例如，在汽车悬架系统的设计中，可以通过运动学仿真分析车轮的跳动和悬架的伸缩情况，从而优化悬架的几何参数和弹性元件的特性。

动力学仿真则考虑了力和力矩的作用，能够更真实地反映机械系统的动态响应。

在机械传动系统的设计中，动力学仿真可以用于分析齿轮之间的啮合力、传动轴的扭矩和振动情况，为系统的优化设计提供依据。

静力学仿真用于分析机械系统在静态载荷下的变形和应力分布，以评估结构的强度和刚度。

基于虚拟样机的动力学仿真设计方案

基于虚拟样机的动力学仿真设计方案虚拟样机技术是一种基于计算机图形学、计算机辅助设计和虚拟现实技术的数字化产品开发手段，已广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、建筑等领域。

而动力学仿真技术是一种利用计算机模拟物体在运动和相互作用过程中所涉及的物理学规律和相关现象的技术。

虚拟样机和动力学仿真技术的结合，可以帮助工程师更快、更准确地测试设计方案，提高产品的质量和性能，降低成本和开发时间。

一、虚拟样机工作原理虚拟样机就是将机械产品的模型在计算机上进行设计和仿真，通过虚拟现实技术可以在计算机上模拟出产品的运行过程。

虚拟样机的建模过程是建立机械产品的三维模型，并在其内部添加特定的物理特性、运动学和动力学方程。

在仿真的过程中，可以设置各种负载条件、运动过程和参数，来测试设计方案的性能。

虚拟样机技术的优点在于可以在计算机上进行虚拟测试和无损试制，减少了实际物理测试的时间和成本，同时能够重复测试和更好的兼容性。

此外，虚拟样机还能够直观地展现设计方案的优点，操作简单易学，可以帮助工程师更好地理解产品的设计过程。

二、应用案例动力学仿真设计方案能够广泛应用于机械制造、航空航天、汽车等领域。

例如，在机械制造领域，可以通过虚拟样机技术检测设计方案的合理性，评估其在运行过程中的动力学性能和可靠性，同时也可以测试其寿命和极限条件。

在汽车工业中，虚拟样机技术可以帮助设计师更好地进行车辆结构设计和减重，保证车辆的稳定性和安全性，并且还能够减少汽车碰撞事故的发生。

在航空航天领域，虚拟样机技术可以帮助设计师更好地进行飞机结构设计和优化，测试结构在不同条件下的疲劳寿命，提高飞机的飞行效率和安全性。

三、结论虚拟样机技术和动力学仿真技术的结合为产品的设计、测试和优化提供了一种新的有效手段，可以减少实际物理测试的时间和成本，同时也能够提高产品的质量和性能。

在未来，虚拟样机技术和动力学仿真技术的应用将会越来越广泛，为各个领域的设计师提供更多的优化方案和设计思路，进一步深化产品设计和创新。

基于虚拟现实技术的柴油机装配仿真

机的空间结构有直观的认识，并且检查柴油机零部件之间的干涉情况，获得最优的装配方案．
关键词：动机；发虚拟现实；ＲＶＭＬ虚拟装配
中图分类号：Ｐ９Ｔ３１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０８２（０１００１一４０９— ５６２１）２— ０ｌ０
１３
图３Ｃｓｏｗｒｓ软件界面图ｏｍｏｌｄ
图５ＣｏｍｏＷｏｌｓ下的柴油机虚拟装配ｓｒｄ
等进行编辑．４为柴油机虚拟现实模型的建模图
过程．
装配模型，用Ｓｒｔ点中的布尔变量ｉｏｅ利ｃｉ节ｐｓｖ控ｍ制拆和装操作．ｃｉｔ点描述一个由用户自定义Ｓｒ节ｐ
商业，娱乐，广告，电子商务等，已经被越来越多的人
们所重视．目前ＣＤＣＭ已经成为机械、Ａ／Ａ建筑等领域必不可少的软件工具．ＲＶＭＬ将使工程人员能通过全球网或内部网按协作方式进行三维模型的设计、流和发布，而进一步提高生产率并削减交从成本。ＶＭＬ文件主要包括４个主要成分：ＲＲＶＭＬ文
Ｃｓｒｓ中进行虚拟装配．ｏｍｏＷｏｌｄ
文件符合的规范标准以及使用的字符集等信息．原型定义并创建了带有指定名称、口和整体的新节接点类型；型节点是ＶＭＬ中的基本建造模块，造Ｒ它构成了ＶＭＬ文件的主体部分；本可以看作是一Ｒ脚

基于虚拟样机的柴油机主轴颈轴承动力学特性研究

所以该发动机有７个主轴颈轴承。
。
此类型的柴油机应该有２４种点火方式，实际上，但由于轴承负荷过大、
输出扭矩不均匀、动机平衡性能不达标等原因，些类型的点火顺序是普发有遍不被设计人员采用的。为了节约计算量，去不必要的麻烦，拟样机内省虚只采用实际常用的几种点火顺序。
１虚拟样机的建立
用ＧＴ—ＣＮＲＡＫ软件建立包括缸压、活塞、杆、连曲轴、体在内的虚拟机
模型，参数包括示功图、部件的质量、零几何尺寸、心位置等，且还添加质并
了零部件之间的接触条件及约束（界条件）最后在软件内部模型区组装边，
王鹏
（大连交通大学辽宁大连１６２）１０８
摘要：用内燃机动力学模拟软件Ｇ使Ｔ—ＣＮＫ对１Ｖ４Ｚ型柴油机曲轴系ＲＡ２２０Ｊ
统进行动力学建模，比在不同的Ｖ型夹角、对曲拐错角及发火次序下，油机机柴体平衡性能及各主轴颈轴承负荷特性等的变化规律，而确定相对较好的匹配进类型，机车柴油机的改进设计提供依据：为关键词：油机；拟样机；力学柴虚动中图分类号：２０１Ｕ６．１文献标识码：Ｂ

基于虚拟发动机模型的柴油机喷油控制策略仿真测试

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－５４４６．２０２０．０３．００７基于虚拟发动机模型的柴油机喷油控制策略仿真测试∗王维１，２，龚笑舞１，２，施华传１，２，周奇１，２（１．中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏无锡㊀２１４０６３；２．一汽解放发动机事业部前瞻技术研究院，江苏无锡㊀２１４０６３）摘要：在ＥＣＵ开发过程中Ｖ型开发流程被广泛采用，模型在环仿真测试是Ｖ模式中的一个重要过程㊂为了在ＥＣＵ开发早期有效避免模型错误，提高ＥＣＵ开发效率，降低成本，基于六缸共轨柴油机模型建立了柴油机喷油控制策略模型在环仿真测试系统㊂此仿真系统主要包括２部分：柴油机喷油控制策略和六缸共轨柴油机模型㊂首先通过试验数据和模拟数据的对比，验证了六缸柴油机模型的正确性，再将此发动机模型应用于柴油机喷油控制策略模型在环仿真系统，以验证该控制策略的稳态和瞬态控制功能㊂关键词：ＥＣＵ；Ｖ模式；模型在环仿真；测试系统中图分类号：ＴＫ４２１．４２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１６７１－５４４６（２０２０）０３－００３４－０４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｓｔｏｆＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙＢａｓｅｄｏｎＶｉｒｔｕａｌＥｎｇｉｎｅＭｏｄｅｌＷＡＮＧＷｅｉ１，２，ＧＯＮＧＸｉａｏｗｕ１，２，ＳＨＩＨｕａｃｈｕａｎ１，２，ＺＨＯＵＱｉ１，２（１．ＦＡＷＷｕｘｉＦｕｅｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｘｉ㊀２１４０６３，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＦＡＷＪｉｅｆａｎｇＥｎｇｉｎｅＢｕｓｉｎｅｓｓＤｉｖｉｓｉｏｎ，Ｗｕｘｉ㊀２１４０６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶｍｏｄｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅＥＣＵｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｃｅｓｓ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｖｏｉｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｉｎｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｔａｇｅａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｅａｒｌｙｓｔａｇｅｏｆＥＣＵｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＥＣＵａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔ，ｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｌｏｏｐｏｆ６⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ：ｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆ６⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅ６⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍ⁃ｕｌａｔｉｏｎｄａｔａ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｍｏｄｅｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ⁃ｉｎ⁃ｔｈｅ⁃ｌｏｏｐｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅ６⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｉｅｓｅｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｈｉｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＣＵ；Ｖｍｏｄｅ；ｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ引㊀言㊀㊀为了解决车用ＥＣＵ的测试问题，研究人员提出了几种与车用ＥＣＵ开发过程相关的仿真测试方法，分别是：模型在环仿真（ＭＩＬ）㊁软件在环仿真（ＳＩＬ）和硬件在环仿真（ＨＩＬ）［１］㊂这些仿真测试方法应用于ＥＣＵ开发过程中的不同阶段，可以完成不同的功能测试，为保证车用ＥＣＵ软硬件质量提供了有效的测试手段㊂本文将介绍模型在环仿真技术在ＥＣＵ软件开发过程中的作用，并在此基础上介绍了基于六缸共轨柴油机模型的柴油机喷油策略仿真的测试过程㊂１㊀ＥＣＵ软件开发流程㊀㊀Ｖ型开发流程被广泛应用在ＥＣＵ开发过程中，一般分为２个阶段，如图１所示㊂第一阶段为Ｖ型开发流程的左边部分，称为系统功能定义阶段；第二阶段为Ｖ型开发流程的右边部分，称为系统功能测试阶段㊂第一阶段完成需求收集㊁分析㊁整理㊁制定设计方案，根据设计方案建立系统模型，通过快速原型验证及模型在环仿真测试验证模型，再根据已验证的模型完成程序设计和代码编写工作㊂第二阶段主要是软件及硬件的测试工作，包括软件在环仿真㊁硬件在环仿真㊁系统测试以及系统标定工作［１］㊂第３期（总第１７９期）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀现代车用动力㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｎｏ３（ｓｅｒｉａｌＮｏ１７９）㊀２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭＯＤＥＲＮＶＥＨＩＣＬＥＰＯＷＥＲ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｕｇ２０２０㊀㊀∗收稿日期：２０２０－０３－２０作者简介：王维（１９８４），女，陕西西安人，工程师，主要研究方向为柴油机电子控制技术㊂图１㊀Ｖ型开发流程在软件开发过程中，系统需求开发过程尤为重要，只有设计出满足客户需求的产品才是软件开发的最终目的㊂模型在环仿真是基于系统需求的产品模型设计，设计者通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块化设计可以快速地搭建ＥＣＵ系统模型，再通过实时仿真机或者ＰＣ机对ＥＣＵ模型进行测试，可以及时㊁快速地发现模型和系统需求中的错误㊂从而可以大幅缩短软件的开发周期，提高软件开发的效率㊂２㊀柴油机控制策略模型在环仿真测试系统的搭建㊀㊀本文的仿真测试系统是基于六缸共轨柴油机模型完成的，如图２所示，由驾驶模型㊁柴油机控制策略模型及六缸共轨柴油机模型组成㊂图中的驾驶模型是人机交互接口，可以模拟驾驶员的驾驶命令㊂ＥＣＵ的逻辑输入信号由驾驶员的控制信号以及发动机的反馈信号组成，通过柴油机控制策略模型内部运算产生喷油量㊁喷油角㊁泵油角等信号，然后传输给柴油机模型㊂柴油机模型接收ＥＣＵ的控制命令以及驾驶模型的驾驶员命令，通过模型内部运算，计算出柴油机的动态响应，并将计算结果反馈给柴油机控制策略模型㊂这样就构成了一个完整的模型在环仿真测试系统㊂图２㊀柴油机控制策略模型仿真测试系统由以上介绍可知，柴油机控制策略模型仿真测试系统中有２个模型需要构建：柴油机控制策略模型和六缸共轨柴油机模型㊂柴油机控制策略模型结构如图３所示，模型中主要包括喷油量㊁喷油角㊁泵油角㊁泵油脉宽等的计算㊂图３㊀柴油机控制策略模型六缸共轨柴油机模型结构如图４所示，此模型是在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下利用ＴＥＳＩＳＤＹＮＡｗａｒｅ搭建的全参数化模型［２］，其中包括共轨柴油机模型㊁传动系统模型以及冷却系统模型，用户可以根据试验得到的数据进行预处理，将模型改造为与实际柴油机结构和燃烧过程相符的形式㊂此柴油机模型通过接收人机交互界面的驾驶员控制信号（如油门踏板信号㊁离合器信号㊁档位信号等）以及ＥＣＵ的控制信号（如喷油量㊁喷油压力㊁泵油角等），在模型内部进行计算，再将柴油机的轨压㊁扭矩㊁冷却水温度㊁增压压力等信号输出，作为ＥＣＵ的输入信号㊂柴油机模型的输入㊁输出信号可以等效为实际柴油机中执行器和传感器信号㊂图４㊀六缸共轨柴油机模型结构３㊀试验结果分析３．１㊀共轨柴油机模型试验验证在ＥＣＵ模型在环测试系统中，首先应对六缸共５３㊀２０２０年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王维，等：基于虚拟发动机模型的柴油机喷油控制策略仿真测试轨柴油机模型进行验证才能用于测试系统，为此，本文采集部分试验数据与柴油机模型计算的结果进行对比㊂将转速ｎ为１０００ｒ／ｍｉｎ，１６００ｒ／ｍｉｎ不同负荷下的发动机燃油消耗率㊁空气进气量㊁过量空气系数的试验数据和模型计算数据进行对比㊂对比结果如图５图１０所示，由图可以看出模型的模拟试验结果和实际发动机试验结果相吻合，最大误差不超过１０％，因此，所建立的模型可以用于ＥＣＵ模型在环测试系统㊂图５㊀燃油消耗率对比（ｎ＝１０００ｒ／ｍｉｎ）图６㊀燃油消耗率对比（ｎ＝１６００ｒ／ｍｉｎ）图７㊀空气进气量对比（ｎ＝１０００ｒ／ｍｉｎ）图８㊀空气进气量对比（ｎ＝１６００ｒ／ｍｉｎ）图９㊀过量空气系数（ｎ＝１０００ｒ／ｍｉｎ）图１０㊀过量空气系数（ｎ＝１６００ｒ／ｍｉｎ）３．２㊀柴油机喷油策略稳态测试结果分析将已验证的六缸柴油机模型应用于ＥＣＵ模型在环仿真测试系统，以验证ＥＣＵ模型的正确性㊂此时需要将目标量与实际ＥＣＵ模型计算的输出量作对比，本文选择了发动机转速为１２００ｒ／ｍｉｎ，负荷２０％的稳态模式，对比了实际模型计算的转速㊁轨压和目标转速㊁轨压，对比结果如图１１图１２所示，可以看出，发动机转速相互吻合，实际轨压比较稳定，６３现代车用动力㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年第３期㊀但是和目标轨压有７ＭＰａ左右的偏差，这个偏差可以通过轨压标定减小㊂图１１㊀转速对比（ｎ＝１２００ｒ／ｍｉｎ，负荷２０％）图１２㊀轨压对比（ｎ＝１２００ｒ／ｍｉｎ，负荷２０％）３．３㊀柴油机喷油策略瞬态测试结果分析图１３为驾驶模式下模拟发动机加减速时改变加速踏板位置，发动机扭矩和轨压的变化情况㊂由图可以看出，随着油门（加速踏板位置）的增加，喷油量增大，发动机扭矩和轨压也相应增大；减小油门，喷油量减小，随之发动机的扭矩和轨压也减小㊂当油门超过６０％时，为了避免发动机超速，发动机扭矩被限制，因此当油门再增加时，发动机扭矩保持不变，轨压也保持在稳定状态㊂图１３㊀发动机扭矩㊁轨压与加速踏板位置关系４㊀结束语㊀㊀柴油机喷油策略模型在环系统的建立能尽早发现模型及需求开发过程中的错误，大幅缩短ＥＣＵ研发周期及减少开发费用，此系统的建立为早期ＥＣＵ的开发提供一种高效便捷的手段㊂本文基于六缸柴油机模型建立了ＥＣＵ模型在环仿真测试系统，并对ＥＣＵ模型的稳态工况和瞬态工况进行了试验性能分析，可以看出试验值满足目标要求㊂参考文献：［１］彭忆强．基于模型的汽车电控单元仿真测试技术研究［Ｊ］．中国测试技术，２００６，３２（６）：１５⁃１９．［２］宋百玲．基于ＴｅｓｉｓＤＹＮＡｗａｒｅ的高压共轨柴油机建模与仿真研究［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２００９，３８（３）：１９⁃２２．７３㊀２０２０年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王维，等：基于虚拟发动机模型的柴油机喷油控制策略仿真测试。

基于虚拟样机的机械系统动力学研究

基于虚拟样机的机械系统动力学研究机械系统动力学研究是理解机械系统行为和性能的关键。

虚拟样机技术的出现为机械系统动力学研究提供了新的方向和可能性。

本文将针对基于虚拟样机的机械系统动力学研究进行探讨和分析，并探究虚拟样机的应用和优势。

一、引言机械系统动力学是研究机械系统运动规律和受力情况的学科，是机械工程的重要组成部分。

随着科技的不断发展，虚拟样机技术的应用日益广泛，为机械系统动力学研究提供了全新的手段和方法。

二、虚拟样机的基本原理与构建方法虚拟样机是通过计算机建模和仿真技术，将实际的机械系统转化为数学模型，并在计算机中进行模拟运行。

其基本原理是通过数学模型模拟机械系统的运动和力学特性，从而预测系统的行为和性能。

虚拟样机的构建方法包括几何建模、材料建模、力学建模和运动学分析等步骤。

几何建模通过数学模型描述机械系统的几何形状和尺寸，材料建模则用材料参数描述机械系统的力学性能。

力学建模主要建立机械系统的力学方程，运动学分析则研究机械系统的运动规律和参数。

三、虚拟样机在机械系统动力学研究中的应用1. 动力学分析虚拟样机可以通过机械系统动力学分析，预测机械系统的响应和行为。

通过建立合理的数学模型，可以模拟机械系统在不同工况下的运动规律、受力情况等，为系统的设计与优化提供重要依据。

2. 结构优化设计虚拟样机可以基于动力学分析结果，进行结构优化设计。

通过在虚拟样机中调整结构参数、材料参数等，可以预测系统的性能和行为变化，从而指导设计过程，提高机械系统的性能和可靠性。

3. 故障诊断与修复虚拟样机可以用于机械系统的故障诊断和修复。

通过虚拟样机的仿真模拟，可以模拟故障现象，识别故障原因并提供相应修复方案。

这样可以提高故障处理的效率，减少停机时间和成本。

4. 耦合系统分析虚拟样机可以用于多机械系统的耦合分析。

通过将不同机械系统的虚拟样机耦合起来，研究它们之间的相互作用和影响。

这对于复杂机械系统的研究和优化具有重要作用。

基于虚拟样机的机械系统动力学模型验证方法研究

基于虚拟样机的机械系统动力学模型验证方法研究虚拟样机（Virtual Prototype）是一种基于计算机仿真技术的工程设计与验证方法，具有高效、经济、环保等诸多优势。

机械系统动力学模型验证是虚拟样机中的关键环节，其准确性和可靠性直接影响到工程设计的质量和效率。

本文将探讨基于虚拟样机的机械系统动力学模型验证方法的研究。

1. 虚拟样机在机械系统设计中的应用虚拟样机是通过计算机仿真技术对机械系统进行全面模拟和验证的工具。

它可以代替传统的物理样机，实现对机械系统动态性能、受力特性等方面的分析和评估，减少试验时间和成本，提高设计效率和质量。

2. 机械系统动力学模型的建立机械系统动力学模型是虚拟样机的核心，它描述了机械系统的结构、运动学关系和力学特性。

建立准确、可靠的动力学模型是基于虚拟样机进行验证的前提。

2.1 运动学模型运动学模型描述了机械系统各个零部件的运动过程和相对关系。

它通过几何学方法建立机械系统的几何关系，并利用运动学方程进行求解，得到各个零部件的位移、速度和加速度等运动参数。

2.2 力学模型力学模型描述了机械系统受力特性和运动约束关系。

它通过牛顿定律、能量守恒等力学原理建立机械系统的动力学方程，并利用数值计算方法求解这些方程，得到各个零部件的受力状态和运动响应。

3. 虚拟样机的动力学模型验证方法虚拟样机的动力学模型验证方法主要包括实验验证和数值验证两种。

3.1 实验验证实验验证是通过物理实验手段对虚拟样机进行验证。

它通常采用传感器测量机械系统的运动参数和受力状态，并与动力学模型的计算结果进行对比分析。

实验验证可以直观地验证动力学模型的准确性和可靠性，但是需要耗费大量的成本和时间。

3.2 数值验证数值验证是通过计算机仿真手段对虚拟样机进行验证。

它利用计算机软件对机械系统的动力学模型进行求解和分析，得到机械系统的运动参数和受力状态，与实际情况进行对比。

数值验证具有高效、经济、灵活等优势，但需要保证动力学模型的准确性和数值求解方法的可靠性。

低质柴油在柴油机上的模拟仿真及试验研究的开题报告

低质柴油在柴油机上的模拟仿真及试验研究的开题报告一、研究背景和意义随着经济的不断发展和工业的快速增长，柴油机作为一种高效、可靠的动力设备，在能源领域得到了广泛应用。

然而，由于柴油燃料价格的高昂，市场上出现了大量的低质柴油，其中掺杂了大量的杂质和水分，不仅影响了燃油的质量，还会对柴油机的性能和寿命产生负面影响。

从经济、环保、安全等角度考虑，对低质柴油的深入研究对促进柴油机技术的进步和发展有重要的意义。

本研究旨在对低质柴油在柴油机上的燃烧和性能进行模拟仿真和试验研究，为消费者提供更合适的柴油燃料，提高柴油机的效率，降低其对环境的影响。

二、研究内容和方法本研究主要包括以下几个方面的内容：1. 低质柴油的理化性质分析：通过对市场上常见的低质柴油的理化性质进行分析，包括密度、粘度、闪点、凝点等等，为后续的模拟仿真和试验提供基础数据。

2. 柴油机性能测试：在燃油系统和整车实验平台上对低质柴油的燃烧和性能进行测试，包括功率输出、燃油消耗、排放等等。

采用常用的测试方法和标准，比较其与优质柴油的性能差异及其对柴油机的影响。

3. 模拟仿真研究：基于计算流体力学（CFD）和化学动力学（CHEMKIN）等软件，对低质柴油在柴油机内的燃烧过程进行模拟仿真，研究其在不同条件下的燃烧特性和污染物生成情况，分析其对动力性能和环保性能的影响。

4. 燃油改良技术研究：针对低质柴油的缺点和问题，研究和探讨燃油改良技术，如添加剂、加氢、脱水等，优化其理化性质和燃烧过程，提高其能量利用率和环境友好性。

三、预期成果和意义通过以上研究，可以得到以下预期成果：1. 对低质柴油的重要性和应用前景进行深入的了解和分析，在柴油机领域提供新的思路和方法。

2. 获得低质柴油的理化性质数据，掌握其对柴油机性能的影响。

3. 在实验和模拟仿真的基础上，研究低质柴油对柴油机燃烧和性能的具体影响。

4. 研究并探索不同的燃油改良技术和方法，为在实践中优化燃油和柴油机技术提供技术支持和指导。