发动机机体有限分析及其冷却风扇CFD仿真优化研究

摘要

发动机的零部件中，机体是构成发动机的骨架，支撑和固定着发动机的所有运动部件，确保它们在工作时保持相对准确的位置，机体的可靠性对整个发动机的性能有着重要的影响。随着计算机技术的发展，对机体进行有限元分析已成为辅助设计的重要手段。有限元法是一种通用的数值分析方法，是目前研究复杂结构静动态性能最为可靠和有效的手段。本文应用模态分析理论和有限元技术，对4C6-65M22型柴油机机体进行了自由模态分析和各缸最大爆发压力工况下机体的应力分布和变形情况进行了研究。利用UG软件对机体的三维实体模型进行了合理的简化，在Hypermesh中利用四面体单元建立了机体的有限元模型，并得到了机体自由模态的前十阶固有频率和振型，通过振型分析，找到机体振动的薄弱部位，为机体结构的优化设计提供了理论参考。对发动机在工作状态下机体所受的主要载荷进行了计算和施加，在Hypermesh中主要考察了主轴承盖和主轴承座结构的应力分布和位移变形情况，并根据计算结果进行了强度分析和局部改进，改进后的计算结果表明，主轴承座的强度得到了加强，效果良好，基本符合了强度要求。
　　 结合本柴油机冷却风扇的几何模型，按照试验的要求，在Hypermesh中利用CFD四面体网格划分的功能建立了冷却风扇流场仿真和声场仿真的分析模型，并在Fluent中进行了求解计算，流场仿真和声场仿真的计算结果和试验结果吻合良好，验证了所建立的仿真模型的可靠性。从风扇本身的几何参数着手，对轮毂比、叶型安装角、叶片不等节距布置、叶型、叶片数这五个影响因素进行了分析计算，得到了它们对风扇性能的影响规律，结合分析研究的结果，提出了两种改进模型，经过计算分析，改进后的模型既增加了风扇的流量又降低了风扇噪声，效果良好。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景和意义

1．3 国内外的研究现状

1．3．1 发动机机体国内外研究现状

1．3．2 冷却风扇国内外研究现状

1．4 主要研究内容

第二章 相关理论及软件介绍

2．1 有限元相关理论

2．1．1 有限元法的理论基础

2．1．2 弹性问题基本力学方程

2．1．3 有限元分析流程

2．2 CFD相关原理介绍

2．3 Hypermesh和Fluent软件简单介绍

第三章 发动机机体的建模和模态分析

3．1 引言

3．2 机体实体模型的建立

3．3 柴油机机体有限元模型的建立

3．4 机体的模态分析

3．5 本章小结

第四章 发动机机体的强度分析

4．1 引言

4．2 柴油机机体有限元模型的建立

4．3 机体载荷的计算及施加

4．3．1 活塞侧向力的计算

4．3．2 主轴承载荷的计算及施加

4．3．3 主轴承盖螺栓预紧力的计算及施加

4．4 约束边界条件的确定

4．5 计算结果与分析

4．6 本章小结

第五章 柴油机冷却风扇的CFD仿真优化研究

5．1 引言

5．2 冷却风扇的CFD仿真分析

5．2．1 风扇几何模型

5．2．2 冷却风扇流场仿真分析及验证

5．2．3 冷却风扇声场仿真及验证

5．3 冷却风扇的优化改进

5．3．1 风扇性能影响因素研究

5．3．2 原型风扇的改进优化

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

硕士期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文