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基于三缸HCPE虚拟样机的动力学仿真分析及连杆优化设计
| 论文题名： | 基于三缸HCPE虚拟样机的动力学仿真分析及连杆优化设计 |
| 关键词： | 液压约束活塞发动机;连杆优化设计;动力学仿真;优化设计 |
| 摘要： | 液压约束活塞发动机(HCPE)把柱塞泵与活塞式内燃机的技术特点和结构原理融汇在一起,形成一种新型的将燃料在发动机缸内燃烧产生的热能直接转化成流体压力能的动力装置。对其主运动系统进行动力学仿真分析与零部件连杆的优化设计,具有重要意义。 本文分析了液压约束活塞发动机的结构原理,通过仿真液压约束活塞发动机的热力学模型,得到三缸HCPE的缸内燃气压力。在标定工况下：转速为1600r/min、油门开度为100%,基于CAD/CAE软件建立了三缸轴向HCPE的仿真模型,假定瞬时角速度可变进行了仿真研究。提出了不动点迭代的转速调控方法,可使曲轴很快收敛到某一工作转速。通过仿真,三缸轴向HCPE的运转不均匀度为4.75%,工作较平稳。进而,基于三缸HCPE主运动系统的运转稳定性分析,对其进行动力学仿真与分析。经分析,得到连杆大头与小头的受力曲线,从而得到了连杆的载荷的最大压力与最大拉力,为后续连杆的优化设计分析提供了载荷边界条件。然后,借助ansys有限元优化分析与响应面近似技术,对液压约束活塞发动机的主运动系统的重要组成件——连杆,进行优化设计,并对结果进行了比较分析。 Ansys有限元分析经过15次迭代得到最终优化方案,结果表明,连杆大头过渡圆半径对应力影响较大,与初始值相比增大2.02%。优化后连杆与原始体积相比减轻了25.8%,体积相对更小,结果更加紧凑。而借助响应面近似技术对三缸HCPE连杆进行优化,优化后体积变为为4.031×10-5m3与原始体积相比,体积减小了20.03%。其计算时间只有几分钟,与一般的有限元方法优化相比,时间缩短了十几倍甚至几十倍。最后,简单介绍了流行软件iSIGHT,并基于三缸HCPE连杆,对其进行ansys与iSIGHT的联合仿真优化,结果表明,连杆体积最后减少34.2%,优化后尺寸为3.3308×10-5m3,大大降低了仿真程序的执行时间。通过对连杆优化体积、应力应变等的分析比较,在isight中集成ansys进行优化结果更加合理。 |
| 作者： | 孟祥踪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张洪信 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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