SimLab在缸孔变形优化中的应用

SimLab在缸孔变形优化中的应用

SimLab Application In Bore Distortion

Optimization

陈思官磊徐熹

(长安汽车动力研究院、重庆、400000)

摘要:发动机的缸孔变形过大，会带来一系列的不良影响。因此需要严格的控制缸套的变形。本文通过某发动机缸孔变形的分析为例，介绍利用SimLab软件进行缸孔变形数据的提取并导入自编程序进行后处理，评估了缸孔变形并进行了优化。

关键词:优化发动机缸孔变形 SimLab

Abstract: If the bore distortion is excessive design limit in the development of a new engine ,it leads to a series of negative influence. It is necessary to strictly control the distortion of the cylinder liner. This paper ,through an engine cylinder liner distortion analysis as an example, introduce the use of SimLab for cylinder liner distortion processing and how to predict and optimize the cylinder liner.

Key words: optimization，engine，bore，distortion，SimLab

1 概述

发动机的缸孔变形过大，会带来一系列的不良影响，如：拉缸，机油消耗量过高，漏气量大，最终会导致发动机的性能下降，甚至机体、活塞出现可靠性问题。因此需要严格的控制缸套的变形。

利用CAE进行机体的开发，给设计及修改提供重要的依据。这样才能在前期设计阶段，设计出高刚度的机体。尽可能的控制缸孔变形，使发动机的整机性能得以稳定的发挥。

本文介绍了在某发动机正向开发过程中，分析评估了气缸孔的变形。针对气缸孔变形过大提出了结构改进方案，利用Altair公司的SimLab软件进行缸孔变形数据的提取并导入自编程序进行后处理，解决了气缸套变形过大的问题，取得了良好的工程效果。

2 有限元模型的建立

在发动机的正向开发中，需建立的模型包括缸盖、缸垫、缸盖螺栓、气门座圈、缸体等。其中，缸垫均采用六面体单元，其余部分为二阶四面体。总单元数为1800000，总节

点数为2930000。计算模型见图1：

图1 缸体缸盖模型

2.1 材料与属性

计算中所使用的材料参数如下：

表1材料参数表

2.2有限元模型受力和约束图

根据实际接触关系建立各部件间的接触关系，并且设定冷装配工况下，缸盖与导管及缸盖与座圈的过盈量。约束缸体的底面Z方向平动自由度，进气侧悬置点X方向平动自由度，约束变速器端面Y方向平动自由度。根据装配工况确定模型的螺栓载荷为60KN：

图2 装配载荷和约束图

3 SimLab后处理说明

反傅里叶变换方法是指根据变形FFT幅值和相位，进行逆傅里叶变换，还原变形的形状特性。具体方法如图3所示。

通过SimLab的后处理功能，如图4所示，可以直接输出缸孔的各阶变形。再利用Excel 自编程序进行后处理，直接输出缸孔变形结果。自编程序界面如图5所示。

整个缸孔变形后处理过程，可概况为：1.将计算结果导入SimLab；2.SimLab提取缸孔变形结果；3.导入自编程序；4.画图。

图3 反傅里叶变换方法图4 SimLab缸孔变形处理界面

图5 自编程序界面

4 结果说明

由于2，3，4阶次对缸孔的变形的贡献量最大，因此着重对缸孔2-4阶次的变形进行评估，发现第一缸的第四阶变形超过了评估标准。图6是各缸轴向截面2-4阶次的缸孔变形结果。

图6各缸轴向截面2-4阶次的缸孔变形结果

5 优化设计结果

由于此发动机的缸孔变形较大，在与设计工程师进行了讨论后，确定了3种优化方案。通过对优化方案的分析比较，选取了优化方案进行实施。三种优化方案与原方案2-4阶次变形量的对比数据，见图7。

图7 三种优化方案比较结果

6 结论

气缸孔变形大会导致气缸垫密封失效、缸套磨损及机油消耗大等质量及可靠性问题。因

此，发动机气缸孔变形的控制在发动机的开发过程中极为重要。采用CAE手段，对缸孔变形进行计算，在设计初期对缸孔进行评估，给设计及优化提供重要的依据及方向。同时利用SimLab软件进行对缸孔变形数据进行后处理，极大的提高了工作效率，缩短了分析时间，支撑了项目的开发。

7 参考文献

[1] 马庆镇 , 姜树李, 郭晨海等. 基于有限元方法的YZ4DE柴油机气缸套变形分析研究. 内燃机工程 , 2008 , 29(4) : 59～62.

[2] 祖炳锋 , 付光琦 , 徐玉梁等. 车用柴油机缸孔在缸盖螺栓预紧力下变形的数值模拟与试验研究. 内燃机工程 , 2010，31(2)：99～104.

[3] 官磊，曾庆强，刘斌等. 内燃机缸套变形仿真与试验对标方法的研究.2013，31(5)：473～479.