发动机动力总成CAE方案

LMS 发动机动力学和声学仿真方案

1. LMS公司及其发动机相关产品

比利时LMS国际公司，是目前唯一一家在振动、声学、疲劳耐久性、多体动力学和优化等多个专业领域提供试验产品和技术、CAE产品和技术、以及项目咨询的公司，其业务的70%来自汽车工业。LMS在汽车领域不断的技术推动力来自于与国际一流的汽车厂家的紧密合作。

LMS的发动机CAE分析产品的技术，也同样来自于与发动机的尖端用户的合作。LMS的发动机CAE仿真分析包括了：全发动机的动力学仿真（DADS/Engine+PDS, b Motion +PDS）；发动机的声学分析(Sysnoise FEM+BEM+ATV+PreAcoustics), 发动机的疲劳分析（Falancs）；有限元模型的验证和修正（Gateway）；设计目标的优化（Optimus）。

2. LMS发动机动力学仿真技术简述

始于1970年代末的LMS多体动力学仿真产品DADS是该行业的鼻祖，经不断的发展和改进验证，以其求解器的稳定和精度而闻名。DADS/Engine是专用于发动机动力学仿真的一组功能模块，含有：

-曲轴连杆（刚性和柔性）

-缸体(刚性和柔性)

-曲轴-缸体相互作用（含油膜轴承）

-气门机构（含3D螺旋弹簧，柔性部件，凸轮碰撞）

-正时机构

-传动系统

-…

等子系统，既可以单独分析子系统，也可以建立完整的发动机动力总成模型，用于分析总体性能。DADS/Engine的高性能求解器，在关键系统的高精度模拟、处理柔性部件及其振动、大加速度的高频响应分析等关键性能上，深受一流用户的长期信赖.

2001年，LMS公司推出了其虚拟原型技术的战略性产品－b（虚拟试验室），以面向应用流程、面向功能属性的革命化创新，集成振动噪声、声学、疲劳耐久性、多体动力学、碰撞、优化等技术，使用户享有前所未有的易用性、高效率，轻松进行高深度的功能属性的分析，并与LMS的领先的试验技术相结合，利用试验数据进行更准确的仿真。LMS的CAE和试验混合建模技术（Hybrid Modeling）, 是目前独一无二的领先技术：可缩短建模时间、降低系统级建模难度、缩小系统模型规模、极大地提高分析精度尤其是中高频带，解决原来不能解决的问题。

LMS b Motion 是DADS（含DADS/Engine）集成到虚拟试验室后的产品名称，进行多体动力学仿真。Motion的多体动力学分析，可以将系统中刚体的载荷，和柔性体的振动或应力，直接用于虚拟试验室的声学分析（集成后的Sysnoise）和疲劳分析（集成后的Falancs），建立自动分析流程，极大地提高效率，降低难度，减少差错。

LMS虚拟试验室深受用户的欢迎，戴姆勒－克莱斯勒、三菱、Honda、GM、Ford、Renalts 率先采用，他们的支持使LMS虚拟试验室得到了更快的发展、完善和功能的扩张，其中的新概念、新思想和新技术，使得其他的CAE软件公司将产品不断地集成到LMS虚拟试验室中来。LMS虚拟试验室已经明确显示出行业平台地位，集成的CAD、CAE、CAT（计算机辅助试验）技术，演示了LMS公司在虚拟样机新一代技术上的实力和地位。康明斯发动机公司原先采用其他软件进行发动机动力学仿真，去年，该公司停止了使用多年的这

个软件，转而全面采用LMS 的虚拟原型技术（含多体动力学、声学等）、试验技术和工程咨询服务。

LMS PDS （Powertrain Dynamic Simulator ）是应通用汽车（GM ）4年前的工程咨询项目的要求开发的“发动机动力总成建模环境”。其主要目的是：更方便快捷地利用

DADS/Engine 的功能，使普通工程师即可快速建立可靠的发动机子系统和总体模型，而无需成为多体动力学专家。PDS 只是协助用户建立发动机模型（是DADS/Motion 格式的模型），其一目了然的参数化界面，使任何懂得发动机的工程师，只要看到就会使用。在数分钟内即可建立起自己的全发动机模型，进而采用DADS/Motion 进行求解。当然，您也可以在DADS/Motion 环境中，对PDS 建立的模型进行修改和扩充。在PDS 中可定义发动机的悬置参数。

DADS/Engine(b Motion) + LMS PDS 集成方案深受一流发动机用户的欢迎，除GM 汽车发动机外，GM 铁路机车、DAF 卡车、哈雷摩托发动机（Harley-Davidson ）、 BMW 、奔驰、康明斯、John Deere 、TRW 、Honda 、韩国现代…等先后采用，也有一些咨询公司在使用LMS 的发动机动力学仿真。这充分说明LMS 的发动机仿真技术是占市场主导地位的技术。

3. LMS 发动机声学仿真分析

在PDS 中，用户可选择部件是刚体模型还是柔性体模型，从而快捷地将部件的结构有限元模型（建议用试验模态分析结果进行有限元模型的验证和修正 — LMS Gateway 软件）引入发动机总成模型中。仿真结果中，柔性体的振动和应力（为减少数据量，LMS 默认采用模态参预因子传递数据）可直接用于辐射噪声或者疲劳分析。

在发动机表面辐射噪声预测中，结构网格到声学网格的转换往往花费了工程师大量的宝贵时间，经常需要几个星期，而网格的质量有时还很勉强。为了效率和精度的提高，虚拟试验室中的Pre-Acoustics 智能化网格转换工具可在几分钟内实现网格的转换。

LMS Sysnoise 声场分析软件可以用于发动机进排气系统噪声分析及其整车噪声分析。发动机表面声辐射的另一项关键技术是LMS 的专利ATV （声学传递向量）技术。ATV 是反映发动机表面振动与声场中一点的传递特性的矩阵。采用普通边界元（BEM ）计算发动机声辐射，计算一次可能耗费数十小时的计算时间。而采用ATV 技术，首次计算ATV 花费同样的时间，但重算时（设计模型需多次修改、计算参数需调整、同一型号发动机的不同设计需要比较），仅需几分钟。专门的发动机辐射声学模块，可以直接读取多体动力学仿真得到的（或者测量到的）表面振动的瀑布图，从而可一次计算出辐射声场的瀑布图，也可以得到发动机的辐射声功率。ATV 技术同样可应用于利用测量到的发动机声场的分布来逆推发动机表面的振动大小，是改进已有发动机辐射噪声的有效手段。

目前，发动机声学仿真预测可用Sysnoise （增加ATV 相关模块），也可用b Acoustics 。功能相同，基于分析效率的考虑，建议采用后者。

4. 建议的LMS 技术路线

综合以上技术思路，我们提供的技术路线和产品为：

OK 结构网格和模态数据