船用柴油机热力学与动力学联合仿真技术研究

摘要

柴油机的工作过程本身是一个热力学过程和动力学过程同时进行的复杂过程,其两方面性能是相互影响的,单纯的热力学过程仿真和动力学过程仿真并不能全面地反映柴油机的整体性能。对于像柴油机这样的复杂产品的多领域联合仿真建模方法主要有基于统一语言的方法,基于接口的方法和基于高层体系结构的方法三种,其中基于接口的方法最能够充分发挥各领域商用软件的优势。
　　本课题以6L21/31型船用中速柴油机为研究对象,采用基于接口的方法对柴油机的热力学过程和动力学过程联合仿真技术进行研究,主要完成了以下工作:
　　(1)利用AVL-BOOST建立了6L21/31型船用中速柴油机的工作过程数值计算模型,对其进行了工作过程数值计算;
　　(2)采用三维建模软件Pro/E与多体动力学分析软件ADAMS相结合的方法建立了6L21/31型柴油机曲柄连杆机构以及相关联零部件的三维实体模型,进行了虚拟装配,并构建了多刚体动力学仿真模型,完成了曲柄连杆机构的运动学与动力学仿真计算。
　　(3)利用MATLAB设计了BOOST和ADAMS之间的专用数据接口程序和自动运行控制程序,完成了数据传递和仿真过程的自动运行,并基于MATLAB/GUIDE专门设计了联合仿真的结果显示图形界面,完成了柴油机缸内热力学过程和动力学过程的联合仿真。
　　通过以上三方面的研究工作,完成了对6L21/31型船用中速柴油机的缸内热力学过程和动力学过程的联合仿真,获取了全面的仿真结果,并验证了模型和仿真结果的正确性,从而也证明了利用本课题所设计的接口程序和控制程序对柴油机进行联合仿真分析是可行的。

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第1章 绪 论

1.1 选题目的和意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 本课题的主要研究工作

第2章 6L21/31型中速柴油机工作过程数值计算

2.1 内燃机缸内工作过程数值计算的理论基础

2.2 6L21/31型船用中速柴油机概述

2.3 AVL-BOOST计算模型的建立

2.4 模拟研究结果分析

第3章 6L21/31型柴油机运动学、动力学仿真计算

3.1 多刚体系统运动学理论

3.2 多刚体系统动力学理论

3.3 曲柄连杆机构三维实体模型的建立

3.4 多刚体模型的建立

3.5 多刚体动力学计算模型的建立和仿真计算

3.6 仿真结果分析

第4章 联合仿真的方案设计与实现

4.1 联合仿真面临的主要问题及解决方案

4.2 命令流文件aview.cmd

4.3 BOOST和ADAMS联合仿真自动运行的控制流程和编程实现

4.4 联合仿真数据分析

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢