Simpack Engine发动机多体动力学仿真方案设计

Simpack作为专家级多体动力学仿真分析软件,具有面向不同行业、不同产品的专业解决方案。同样,针对发动机产品的多体仿真需求,Simpack也同样具有专业的仿真方案。

Simpack具有发动机专业模块Simpack Engine,是和BMW、F1、MAN等公司联合开发完成,用于发动机模型的快速建立和仿真。包含链传动、HLA模块、动态弹簧、气缸力等模块,利用这些模块,并结合Simpack其他功能模块,可以建立发动机曲轴系统、配气机构、正时机构以及发动机整机的详细模型,也能建立非标准机构 (如:可变气门正时),能用于所有型号的发动机多体动力学仿真分析。

利用Simpack Engine,可以对发动机进行以下分析:

• 系统动力学 (1D 到 3D)
• 部件动力学性能
• 部件应力/耐久性分析
• NVH 分析 

Simpack Engine强大的发动机仿真功能,已经得到世界知名企业的应用,包括BMW、MAN、Dailmer、Schaeffler、长安汽车等。

Simpack Engine发动机专业建模功能:

(1)  GasForce气缸力。主要用于发动机中气缸爆发压力的模拟,可以模拟发动机不同的喷油顺序对发动机输出扭矩的影响;

(2)  HydraulicLash Adjuster液压间隙调节器。主要用于发动机正时机构和配气机构中动态液压间隙调节器的模拟,可以考虑液压间隙调节器中几何参数、油液特性等的影响;

(3)  DynamicSpring动态弹簧。主要用于配气机构中弹簧的模拟,采用离散方法(连续梁+多质量模型),将弹簧考虑为3D多质量点气门弹簧模型,可以分析弹簧横向弯曲和纵向拉伸的动态变化对气门闭合特性的影响;

(4)  Belt/Chain带/链传动。用于发动机正时机构中带/链传动的建模和仿真;

(5)  Gear Pair齿轮传动。能直接建立齿轮几何模型,考虑宏观和微观参数,通过解析法精确模拟齿轮啮合特性,并考虑时变刚度;

(6)  EHD弹性液体动压轴承。用于模拟两个轴承表面(考虑力、压力分布、润滑剂流速等因素)之间的共形接触(润滑或干燥)以及轴承性能特征(如相对偏心)。能考虑两个支承面的局部弹性变形。

Simpack Engine配气机构

Simpack Engine可以帮助用户轻松完成对发动机配气机构动力学的建模和仿真。能对配气机构进行运动学分析和凸轮轮廓生成。考虑精确的液压间隙调节器的动态性能,进行动力学分析,得到系统动态性能。

Simpack具有专业的2维和3维接触力元,可以真实模拟凸轮和摇臂、门杆和导管之间的接触和摩擦,获得接触力和接触损耗。

Simpack软件具有统一的建模环境,并具有独特的子结构建模技术,在已被验证子模型的基础上,可以快速建立完整的配气系统模型。

Simpack Engine曲轴系统

Simpack Engine可以建立发动机曲轴系统活塞、连杆、曲轴、飞轮、扭转减振器以及轴承等详细模型。其中,Simpack具有专业的EHD弹性液体动压轴承,可以精确地考虑弹性液体动压润滑效应对曲轴系统弹性支撑部件的影响。

能对柔性活塞缸套接触进行建模,模拟活塞的二阶运动,得到柔性缸套和柔性活塞之间详细的接触性能。

Simpack Engine正时机构和附件驱动

Simpack具有专业的齿轮传动、链传动和带传动建模工具,可以帮助用户方便地建立发动机正时机构和附件驱动精确的动力学模型。

Simpack Engine悬置系统优化设计

Simpack具有专业的动态衬套力元,可以准确地模拟随工作频率和相位改变的发动机悬置弹性支撑系统,并利用其NVH分析功能,进行发动机悬置刚度、阻尼参数设置,并且能根据发动机的特殊工况,进行发动机悬置系统的优化设计。

Simpack Engine疲劳及耐久性分析

Simpack具有FEMFAT和Fe-Safe等疲劳软件的接口,可以从发动机动力学仿真的结果中读入部件在某工况下的动态载荷,进行发动机部件的疲劳和耐久性分析,并能实现完全自动化分析流程。

Simpack Engine整机分析和NVH分析

在建立的配气机构、曲轴系统和正时系统模型基础上,Simpack Engine能建立详细的发动机整机模型,进行系统级耦合分析。

Simpack求解器没有数值阻尼,可以进行高频NVH分析。具有专业的旋转机械阶次分析技术,对于发动机这类旋转机械,可以分析其在工作中的振动与噪声峰值所对应的阶次和频率,获得NVH性能,从而为发动机的平衡机构设计提供依据。

Simpack Engine发动机数据库

Simpack Engine提供详细的预定义的发动机模型数据库,包含大部分常用的发动机类型,完全参数化模板模型应用在不同复杂程度的建模,子结构建模技术包含了所有预期的应用工况,并且能方便地进行模型库扩展。利用该发动机模型数据库,可以帮助用户方便地建立起发动机模型。

Simpack Engine案例

(1)  BMW使用Simpack进行发动机性能验证,包括:

发动机动力学性能分析

汽车和摩托车发动机曲轴疲劳耐久性分析

发动机NVH分析

(2)MAN船用发动机动力学和疲劳耐久性分析

(3)Schaeffler基于Simpack二次开发实现配气机构快速仿真

编辑：hfy