內容簡介
《高強化柴油機結構仿真與分析》針對高強化柴油機結構仿真和分析中的部分關鍵問題，介紹了作者在高強化柴油機的複雜結構的功能分解與特徵建模、結構有限元計算離散誤差分析與套用、零部件模態計算建模與分析、微動作用的有限元計算與分析、曲軸動力學有限元計算與分析、機構運動學動力學分析和整機結構聲輻射數值建模與分析等方面取得的研究成果。書中除了對結構數值仿真和分析方法進行了闡述，還利用一定篇幅對其在典型高強化柴油機結構上的具體套用進行了介紹。《高強化柴油機結構仿真與分析》可作為高等院校內燃機專業研究生的參考書，也可供相關專業的高校教師、工程技術人員和科技工作者參考。
目錄
第1章複雜結構的功能分解與特徵建模1.1結構功能與特徵建模
1.1.1功能的定義
1.1.2功能的特點
1.1.3由“功能”而統一的“特徵”定義
1.1.4基於功能分解的特徵建模法
1.2基於功能分解的內燃機複雜零部件特徵建模
1.2.1基於功能分解的氣缸蓋特徵建模
1.2.2基於功能分解的機體特徵建模
1.3本章小結
參考文獻
第2章結構有限元計算離散誤差分析與套用
2.1有限元離散誤差特性理論
2.1.1概述
2.1.2局部誤差與全局誤差的求解
2.1.3局部誤差與全局誤差影響因素的研究
2.1.4協調有限元誤差的三個推論
2.2基於光滑位移場的應力恢複方法及自適應收斂策略
2.2.1概述
2.2.2基於光滑位移場的應力恢複方法
2.2.3H型自適應方法的收斂策略研究
2.3關鍵零部件數值仿真離散誤差控制套用研究
2.3.1概述
2.3.2氣缸蓋有限元計算離散誤差的收斂性分析
2.3.3渦輪模態有限元計算離散誤差的收斂性分析
2.3.4螺栓螺紋有限元計算離散誤差的收斂性分析
2.3.5連桿有限元計算離散誤差的收斂性分析
2.3.6活塞機械應力計算中的收斂分析
2.3.7曲軸有限元計算中的收斂性分析
2.4本章小結
參考文獻
第3章零部件模態計算建模與分析
3.1考慮應力剛化、旋轉軟化等因素的渦輪模態計算
3.1.1概述
3.1.2恆溫、零速狀態渦輪葉片的自由振動方程
3.1.3考慮應力剛化影響的渦輪葉片振動方程
3.1.4考慮旋轉軟化效應的渦輪葉片振動方程
3.1.5考慮旋轉軟化效應的三維振動方程有限元列式
3.1.6材料參數、工作溫度對渦輪葉片模態特性的影響
3.1.7渦輪模態計算實例
3.2摩擦接觸條件下組合結構的模態分析
3.2.1概述
3.2.2複雜結構接觸組合剛度理論分析
3.2.3接觸狀態下的組合結構模態研究
3.2.4接觸狀態下的內燃機整機模態套用研究
3.3基於模態方法的高精度高效建模技術研究
3.3.1概述
3.3.2利用模態試驗計算相關性研究驗證計算模型精度
3.3.3利用“精細模型”進行動力學計算模型的驗證
3.3.4內燃機結構動力學模型修正的實現
3.4本章小結
參考文獻
第4章微動作用的有限元計算與分析
4.1微動問題理論
4.1.1微動的基本概念
4.1.2微動問題的研究方法
4.1.3微動損傷力學分析
4.2上曲軸箱橫隔板微動問題研究
4.2.1實驗故障分析
4.2.2簡單平面模型
4.2.3上曲軸箱橫隔板微動問題平面有限元分析
4.2.4上曲軸箱橫隔板微動問題三維有限元分析
4.2.5結構改進
4.3連桿大頭端微動問題數值分析
4.3.1計算模型的建立
4.3.2計算結果分析
4.3.3微動作用影響因素的討論
4.4本章小結
參考文獻
第5章曲軸系統扭振計算與分析
5.1引言
5.2軸系扭振模型的建立
5.2.1扭振微分方程的建立
5.2.2激振力矩簡諧分析
5.3扭轉振動理論求解
5.3.1扭振自由振動計算
5.3.2強迫振動計算
5.4扭振計算分析軟體的開發
5.4.1圖形化建模方法的實現
5.4.2扭振計算與分析軟體的開發
5.5內燃機曲軸系統扭振特性計算分析
5.5.1自由振動計算與分析
5.5.2強迫振動計算與分析
5.6扭振中的變慣量問題研究
5.6.1變慣量理論求解
5.6.2變慣量扭振模型
5.6.3實例套用研究
5.7氣缸熄火對扭振特性的影響研究
5.8扭振中的靈敏度分析及結構動力學修改問題研究
5.8.1固有頻率對慣量和剛度的靈敏度計算
5.8.2固有頻率的結構動力學修改
5.8.3扭振模型的參數調整和扭振計算
5.9本章小結
參考文獻
第6章曲軸動力學有限元計算與分析
6.1引言
6.2曲軸系動回響分析模型的建立
6.2.1實體及有限元格線模型
6.2.2基於彈性模量溫控法的時變等效支撐剛度的模擬
6.2.3採用“單元生死”技術模擬非純旋轉件時變慣量
6.2.4載荷及邊界條件的施加
6.3曲軸系動力學回響結果分析
6.3.1計及軸向扭轉振動耦合效應對計算結果的影響
6.3.2時變慣量的精確模擬對回響計算結果的影響
6.3.3支撐剛度模擬方式對計算結果的影響
6.3.4不同轉速下曲軸動態位移應力結果對比
6.4本章小結
參考文獻
第7章機構運動學動力學分析
7.1引言
7.2多體動力學理論分析基礎
7.2.1多剛體動力學理論
7.2.2多柔體動力學理論
7.3運動機構多體動力學模型的建立
7.3.1多剛體系統仿真模型
7.3.2多柔體系統仿真模型
7.3.3主軸頸滑動軸承潤滑模型
7.3.4約束和載荷的施加
7.4運動學及動力學特性計算與分析
7.4.1主要運動件的運動學特性分析
7.4.2曲軸齒輪的動力學分析
7.4.3曲軸的動力學分析
7.4.4連桿載荷計算
7.5本章小結
參考文獻
第8章整機結構聲輻射數值建模與分析
8.1引言
8.2柴油機結構聲輻射分析的理論基礎
8.2.1結構動力學相關理論
8.2.2結構聲輻射相關理論基礎
8.3內燃機結構輻射噪聲產生機理
8.4中低頻域內燃機聲場分析模型的建立
8.4.1建立整機振聲分析的結構模型
8.4.2建立整機振聲分析的聲學流體模型
8.4.3整機結構聲輻射問題的求解
8.5整機結構近、遠場聲輻射計算結果
8.5.1整機結構表面及外場聲壓級和聲強分布結果
8.5.2聲輻射功率和輻射效率結果
8.5.3部件及主要聲輻射表面對聲學結果的貢獻
8.6結構聲學最佳化實例
8.7局部流域對聲場仿真結果的影響
8.7.1包含局部流域的整機聲學模型的建立
8.7.2計算結果對比與分析
8.8面向設計的內燃機結構聲學最佳化技術
8.8.1樣機總體方案設計和先期研究階段
8.8.2樣機工程設計、試製和試驗階段
前言
高強化柴油機的研發通常要同時滿足很高的動力性、緊湊性以及輕量化的要求。因此，與其他內燃機相比，高強化柴油機的結構強度及可靠性問題尤為突出。然而，由於結構及工作條件的複雜性，高強化柴油機的結構強度及可靠性問題通常難以實現實用的解析求解。長期以來，相關產品研發只能通過試驗進行實際考核，導致研製周期長、費用高，大大限制了高強化柴油機設計水平的迅速提高。自20世紀80年代中後期起，隨著計算機技術的提高以及計算機輔助設計與分析軟體的實用化，數值仿真逐漸成為分析和解決複雜工程問題的有效途徑，高強化柴油機的結構強度及可靠性問題的數值仿真與分析技術也因此成為內燃機工程領域的重要課題。
近年來，北京理工大學動力機械仿真研究中心緊密結合我國多個型號高強化柴油機的研製任務，重點針對如何提高仿真分析的精度和效率開展研究，完成了大量的高強化柴油機結構數值仿真與分析工作。內容主要涉及：①氣缸蓋、機體、曲軸、連桿、活塞以及螺栓等複雜結構的靜力學、動力學有限元計算；②柴油機軸系扭振軟體開發以及非線性扭振分析；③氣缸蓋、活塞等受熱件溫度場有限元計算；④曲柄連桿機構和配氣機構的多體運動學動力學分析；⑤整機主體結構振動及輻射噪聲預測等。這些工作所取得的研究結果，有的為解釋和解決高強化柴油機研製過程中出現的結構強度及可靠性問題提供了參考，有的則為設計初期開展結構多方案選型提供了依據。同時，這些研究工作也為推動我國高強化柴油機由經驗設計逐步走向預測設計做出了貢獻。
全書由左正興教授負責統稿，第1章、第2章和第3章主要由廖日東副教授負責撰寫，第6章以及第8章主要由馮慧華副教授負責撰寫，第4章、第5章和第7章主要由向建華講師負責撰寫。
需要指出的是，多位畢業於我中心的研究生也參與了書中的部分研究工作，其中主要包括談卓君博士、張保成博士、李濤博士、孫宇娟博士、王媛碩士、朱冬碩士等。在此，我們向他們表示衷心的感謝！
