柴油机塑料出水管优化设计研究

摘要

发动机零部件塑化技术是发动机轻量化技术的一种，其能够有效提高发动机的动力性、经济性及排放性能，同时还能有效降低发动机的制造成本，因此受到各大整车及发动机公司的关注。目前国外拥有较成熟的可塑化分析技术、塑化件设计研发技术和产品检测技术与手段;国内对发动机零部件塑化技术的研究则起步较晚，与国外存在较大差距，因此对发动机零部件塑化技术的研究具有重要意义。
　　本文以柴油机出水管为研究对象，以出水管原始模型为基础，采用工程塑料作为出水管材料，首先建立出水管的热流固耦合模型，对出水管进行热流固耦合分析，分析其静强度是否满足要求;以热流固耦合应力为预应力，对出水管进行了预应力模态分析，并与无预应力下的模态频率进行了对比;通过实验获取出水管螺栓处在柴油机标定工况下的加速度功率谱激励，采用商业软件ABAQUS对出水管进行了随机振动分析，寻找出水管最大MISES应力均方根(RMISES)节点（危险点），根据危险点应力均方根频响图识别对MISES应力均方根有较大贡献的模态频率;以降低塑料出水管的最大MISES应力均方根为总目标，以改变各贡献度较大的模态频率为子目标，采用平均频率法建立了多目标拓扑优化函数，对塑料出水管结构进行了多目标拓扑优化设计，降低了最大MISES应力均方根，得到了优化后的塑料出水管模型;以模具温度、熔体温度、保压压力、保压时间和冷却时间为注塑工艺设计参数，采用拉丁超立方方法选取初始样本点，计算样本点的翘曲变形值;采用椭球基神经网络（EBFNN）模型建立翘曲变形与设计参数间的函数关系，并基于EBFNN和粒子群算法对柴油机塑料出水管的注塑工艺参数进行了多目标优化设计，有效减小了出水管的翘曲量及成型时间。
　　本文的研究方法和结论对柴油机塑料出水管的结构分析设计和成型设计具有参考价值，对其它柴油机塑料零部件的结构分析设计和成型设计亦存在参考价值。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柴油机零部件塑化研究现状

1．2．2 柴油机零部件多场耦合研究现状

1．2．3 柴油机零部件振动研究现状

1．2．4 拓扑优化研究现状

1．2．5 柴油机零部件注塑工艺参数优化研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 塑料出水管热流固耦合分析

2．1 本章引言

2．2 流场分析

2．2．1 流体运动控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 出水管流场分析

2．3 传热分析

2．3．1 传热分析基础理论

2．3．2 出水管传热分析

2．4 应力分析

2．4．1 应力分析理论基础

2．4．2 出水管应力分析

2．5 本章小结

第三章 塑料出水管振动特性分析

3．1 本章引言

3．2 随机振动理论

3．2．1 随机过程

3．2．2 随机过程谱密度

3．2．3 随机振动

3．3 塑料出水管振动分析

3．3．1 塑料出水管模态分析

3．3．2 塑料出水管随机振动分析

3．4 本章小结

第四章 塑料出水管结构优化设计

4．1 本章引言

4．2 拓扑优化方法的确定

4．3 SIMP密度-刚度插值法

4．4 拓扑优化数学模型

4．4．1 多目标拓扑优化

4．4．2 模态拓扑优化数学模型

4．5 塑料出水管拓扑优化设计

4．6 塑料出水管优化前后对比

4．7 本章小结

第五章 塑料出水管注塑工艺参数优化

5．1 本章引言

5．2 翘曲分析数学模型

5．3 MOLDFLOW的翘曲分析理论

5．3．1 残余应变预测法

5．3．2 残余应力预测法

5．4 塑料出水管翘曲分析

5．5 拉丁超立方试验设计方法分析

5．6 椭球基神经网络(EBFNN)拟合

5．7 基于EBFNN和粒子群算法的工艺参数多目标优化设计

5．8 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢