LMSMotion发动机解决方案.docx
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LMSMotion发动机解决方案.docx
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LMSMotion发动机解决方案
LMSMotion发动机解决方案
LMS的发动机多体动力学仿真解决方案
目录
1LMS虚拟仿真平台................................................................................32LMSMotion介绍...................................................................................43LMSMotion软件特点...........................................................................84LMS发动机仿真解决方案..................................................................14
解决方案概述...............................................................................................14发动机专用功能模块介绍...........................................................................17
考虑自身质量的螺旋弹簧建模........................................................17转速计和燃烧单元............................................................................17凸轮接触面定义................................................................................18液压间隙调节装置............................................................................18弹性液动轴承....................................................................................19活塞润滑............................................................................................19正时链传动............................................................................20齿轮传动............................................................................................21
5参考用户..................................................................................................................22
1LMS虚拟仿真平台
LMS虚拟试验室提供功能品质工程的集成解决方案。
提供一套集成软件包用以模拟机械系统的品质属性,如结构完整性、振动噪声、耐久性、系统动力学特性、驾驶的平顺性及操纵的稳定性等等。
LMS包括所有关键过程步骤及所需的技术,可以远在进行昂贵的加工和实物试验之前对每个关键属性进行从头到尾的评价。
采用LMS,设计部门能够快速有效地分析多个设计方案,使设计方案的选择主要从关键品质属性的角度出发。
LMS基于达索公司的PLM开放式软件平台CAAV5,内嵌完备的CatiaCAD建模功能。
结构分析软件包-Structures
LMSStructuralAnalysis使得我们的设计工程师可以完全在CATIAV5的基础上完成有限元网格的前处理分析。
使得CAD数据和分析数据参数化全相关,于数据格式和CATIA数据格式完全一致。
使用Structural我们可以随时直接修改CAD几何参数,分析结果就会相应的自动改变。
这样就能够节省设计和分析工程师大量的时间,同时消除了CAD和CAE数据之间的不相关问题,软件在AIRBUS、BOEING得到了广泛的使用。
多体分析软件包-Motion
LMS运动学和动力学软件用于模拟各种机械系统的实际运动和载荷。
它使工程师可以快速地分析和优化其机械设计的实际运动,并保证在进行实物试验前,设计方案和预期的结果一样。
参数化的应用模板和优秀的求解器进一步为虚拟原型设计提高了效率。
疲劳分析软件包-Durability
LMS耐久性软件可以帮助工程师预测疲劳热点和相关部件及子系统的疲劳寿命。
它将动态部件载荷与从结构有限元模态和材料的SN曲线相结合,耐久性后处理模块帮助工程师获得危险区域的反馈,了解疲劳问题的根源,从而快速评价多个设计方案。
LMS公司使系统级耐久性分析成为可能,并付诸
实践。
声学分析软件包-Acoustic
LMSSYSNOISE技术突破大大加速了声学仿真的速度—很多情况下快100倍。
通过将SYSNOISE技术集成到LMS,LMS创建了世界上第一个从头到尾的声学品质工程环境,从概念开发,通过使用虚拟模型进行设计修改,最后到基于试验的验证。
振动和混合仿真-NVM
利用LMSNVM模块,读入各部件的动力学模型,在图形界面上交互式定义各部件之间的装配点,将各部件模型装配成系统级模型。
装配点处可定义为刚性连接、随频率变化的弹簧阻尼装置等。
基于FRF的子结构综合技术,求解出系统级模型上响应点与激励点之间的FRF,从而求解出强迫振动响应,而求解规模和时间比传统有限元模型节省的多。
优化设计软件包-Optimization
LMS可以提供一整套强大的优化功能,用于单属性和多属性优化。
通过试验设计和响应表面建模技术,工程师能够快速检测出所有满足需要的设计方案。
采用先进的优化算法,包括6Sigma方法,进行鲁棒性、可靠性分析.
2LMSMotion介绍
LMSMotion基于计算多体系统动力学建模理论及计算方法研究,是专门为模拟机械系统的真实运动和载荷而设计的,可作为力学教学辅助工具。
它提供了有效的方法可以快速创建和改进多体模型,有效地重复使用CAD和有限元模型,并能快速反复模拟评价多种设计方案的性能。
工程师可以在早期的开发阶段利用灵活可调的模型进行概念上的运动学和动力学研究,并在后续阶段中结合试验数据进行更具体的评估。
用户通过软件用户交互界面输入描述机械系统的最基本数据,软件建立复杂机械系统运动学和动力学程式化的数学模型,并利用内嵌的处理数学模型的计算方法和数值积分方法自动进行程式化处理,得到运动学规律和动力学响应。
同时
能实现有效的数据后处理,采用动画显示、图表或其它方式提供数据处理结果。
总之,LMSMotion可以帮助工程师评价复杂机械系统的真实性能,为结构分析、耐久性和振动噪声研究提供精确的载荷,同时还能在样机试验前分析和优化机械系统的真实性能。
轻松的机械建模
LMS使工程部门能快速地创建和改进虚拟样机模型。
采用LMSMotion,用户可以从头开始创建概念模型,导入CAD部件和总成或使用已存在的多体模型。
高性能设计功能加速了部件和建模的装配。
当创建运动副时,需要连接的部件会自动地连接在一起。
并且当修改一个部件的尺寸时,LMSMotion会自动更新整个系统。
基于CATIAV5实体建模器的单个部件的设计质量数据、连接和边界条件完全与几何体结合
提供与CATIA,I-DEAS,Pro/E,UG及其它主流CAD软件包的接口轻松导入LMSDADS与模型
模拟真实性能
LMSMotion提供一切工具,精确模拟系统在真实加载条件下的性能。
用户可以轻松地从机构模型库里面挑选单元,精确地模拟摩擦力、重力、弹簧刚度、断续接触、部件弹性及其它物理量。
LMSMotion预测的运动和内部载荷是指导部件、连接、发动机和作动器设计的基本条件。
稳定和高
性能的求解器保证了甚至最复杂动力学问题的精确和及时的处理。
基于LMSDADS求解器,因其精确性和稳定性闻名包括运动学、动力学、准静态和预载分析计算力、位移、速度和加速度
结果显示及说明
以不同显示形式显示的模拟结果使同事和用户可以准确地展开设计,并做出正确的工程决策。
同步的二维图和三维动画显示,直接把力和加速度的极值与机构位置相对应。
专门的后处理功能可以帮助工程师轻松地识别和有效地解决工程问题。
基于细致CAD模型的碰撞检测运动包络线和力矢量的动画显示结合位移和应力的动画显示
快速的模型验证
LMSMotion软件提供了一个有效和反复的相关性和验证过程。
它具有调节模型参数值的功能,并能通过更复杂建模单元的定义推进模型的设计深度。
通过把试验数据和仿真模型相结合,可以加强模型的质量。
当改变一个参数时,LMSMotion自动更新所有有关的分析结果和管理所有需要的数据运算。
有效的设计空间探索
LMSMotion能够以很高的自动化方式针对不同的设计选择和不同的步骤进行完全的运动模拟过程。
LMSMotion消除了管理任务,避免了错误的发生并能进行自动的连续分析。
不同的参数设置无缝地贯穿完整的运动模拟过程。
这些自动化的参数化分析使工程师能快速地探索设计空间。
3LMSMotion软件特点
1)LMSMotion基于CATIAV5的平台,具有完备的CAD建模功
能,是市面上唯一一家Catia与机械系统分析完全集成的多体动力学分析软件。
当在LMSMotion中建立模型时,工程师可以直接导入或建立不同零件的细节化CAD模型或几何框架,创建构件之间的约束和连接关系,确保能正确描述整个系统运动学性能。
之后工程师通过考虑机构的动力学特性对模型及其边界环境进一步进行定义,以准确预测系统中的时域载荷。
此时除定义刚度、阻尼、接触和摩擦等部件间作用力之外,还要给定重力、质量、及惯量等。
作用力的施加可以通过一系列数学模型实现,例如弹簧力、阻尼力、衬套力以及和周围环境密切相关的接触力。
简单的力单元如基本弹簧,复杂的如精细轮胎等。
2)深入精细建模,独特的刚柔耦合分析功能
基本多体模型建立后,可以通过更为详细的受力描述对其细化。
例如,当一个结构的刚度不足以将其视为刚体时,工程师可以用柔性体来描述该结构。
通过预先计算好的模态振型,可以得到结构在大的外载荷作用下产生的变形。
模态数据可以结构本身仿真得到,或导入外部的试验数据。
起媒介作用的长柔性体如
悬架稳定杆或风力涡轮机叶片等,可自动分解为多个梁的组合结构,用于计算结构受载时总的非线性变形。
LMSMotion多体动力学软件中有对轮胎力、衬套力、弹性体接触、齿轮接触、梁、发动机、燃烧载荷、液力轴承、空气动力等多种复杂力学模型的详细建模模板。
Motion独特的刚柔耦合分析功能,直接在Virtual.Lab用GPS模块划分网格。
xx网格,计算结构模态亦可后台驱动Nastran和Ansys求解结构模态,能够准确方便的将有限元模型与刚体模型耦合在一起,形成刚柔混合的多体动力学模型。
3)LMSMotion强大的接触分析能力
有丰富的接触类型来满足工程上快速求解复杂接触问题的需求。
除了可以定义各种接触类型如点对点、点对拉伸面、拉伸面对旋转面等,对于复杂几何体之间的接触,还可以通过定义有效接触面来大大提高接触分析的效率。
支持刚性接触,刚柔接触和柔柔接触的建模和仿真。
4)LMSMotion求解器将经典分析力学求解方法和自递归的求解
方法和二为一
我们知道,自递归求解器对于有大量重复物体的机构的求解具有求解速度快、求解稳定的优势。
但是对于复杂拓扑构型的机构,经典的分析力学求解器占有优势。
LMSMotion的求解器将经典分析力学求解方法和自递归的求解方法和二为一,取两家之长,扬长避短,在保证精度的同时,大大提高了各种复杂机械系统的求解速度。
600500400130020XX000Simplemodel[sec]9000080000700006000050000400003000020XX0100000dummyRecursivechain[sec]dummy5)稳定快速的求解及丰富的后处理功能
模型建立后,工程师可进行求解并同时用动画和图表等方式查看结果,从而更好的理解模型行为。
工程师可以方便地改进原有设计使结构满足目标性能要求,包括载荷和应力指标等等。
LMSPowertrain
LMS
Motion
LMSCADInterfaces
LMSFEDrivers
LMSAcoustics
LMSDurability
LMS多学科仿真平台
结合LMSMotion,LMSNVM以及LMSAcoustic,可进行发动机从多体到声学的系统级建模和仿真。
所有的数据通过软件平台自动转换,大大节省建模时间。
可实现快速对各种设计进行评估。
发动机从多体到声学系统级仿真流程
发动机专用功能模块介绍
考虑自身质量的螺旋弹簧建模
PDS中提供螺旋弹簧建模单元。
通过螺旋弹簧单元创建的模型,可精确捕获实际工程应用中,特别是在汽车的气门机构系统,弹簧元件的复杂动力学行为。
弹簧的分布质量通过用约束副连接起来的柔性体表征。
可以使用任何螺旋轨迹来形成蜂窝状和锥状等形状。
高级螺旋弹簧
CircularWireMulti-ArcWire
转速计和燃烧单元
曲柄连杆机构模块支持多种直列式和V型曲柄连杆机构的建模和仿真。
结合使用转速计和燃烧单元,可使得燃烧负荷的前处理和后处理过程变得简单易懂。
通过转速计单元可测量当前的曲柄转角和转速。
燃烧单元涉及燃烧压力面数据。
可通过输入燃烧室气体压力数据,将燃烧爆发压力施加在活塞、缸体和气门机构上。
燃烧单元
&转速计
凸轮接触面定义
在模板中定义气门机构建模参数,自动创建和装配气门机构多体动力学模型。
凸轮机构模块可将已有的阀门运动数据转换为凸轮轮廓数据。
凸轮接触单元根据凸轮轮廓数据直接生成平滑的接触面。
对凸轮接触过程进行精确模拟。
凸轮接触
液压间隙调节装置
液压间隙调节装置是用来避免气门机构中出现过大间隙和磨损。
类似的机制
也被用于正时传动系统,使得皮带或链条维持稳定的张紧力,避免出现不期望的振动。
液压间隙调节
装置(HLA/HVL)
WidthPistLength
HouHigh
弹性液动轴承
弹性液动轴承模块使得用户可以分析对中和不对情况下液动流体膜径向轴承的性能。
常见的应该包括发动机曲柄连杆机构中的轴颈轴承,例如:
主轴颈、曲柄销、十字头销轴承。
在求解过程中,弹性液动轴承模块求得轴承中高度非线性的油膜压力分布,并把它们分解为力和力矩,与周围结构的结构振动相耦合。
根据详细程度将模型算法分为三个等级:
阻抗法;油膜有限元网格法和实际弹流方法。
其中实际弹流方法是最先进的方法,支持Nastran和Ansys网格的定义方式。
为了便于使用,该模型已经无缝集成在LMS环境中。
在机构中有限元油膜网格实现了可视化。
例如,以重叠包裹形式显示在经向轴承中的其真实位置处。
弹性液动轴承
(EHD)
活塞润滑
活塞润滑模块使用户能够分析对中或不对中活塞在油膜中滑动的动力学行为作用在活塞和缸体壁之间的力可以被预测到并作用到每个移动的构件上。
在求解过程中,通过求解油膜方程来预测高度非线性的压力分布并且将其分解为作用在两
个构件上的力。
压力分布是间隙以及间隙的一阶导数的函数,并和油的粘度相关。
应用这个更详细的建模方法可以提高发动机仿真和系统级载荷预测的精确度。
正时链传动
PDS中有链条和带传动系统建模模块,集合了众多链条和带建模和仿真需要的工具和特征库,使得创建详细链条和带传动系统模型的过程更为便捷。
同步带模块具有创建和仿真一个或者多个带组成的带传动系统的能力。
同步链模块具有创建和仿真滚子链和倒齿链组合的链传动系统的能力。
附件传动模块具有创建和仿真多楔带传动系统的能力,这类带传动装置可以在发动机前端附件驱动系统中看到。
这个附加的驱动模块提供了自动的创建前端附件驱动系统中Poly-V带系统模型的能力。
齿轮传动
通过齿轮建模模板,可自动完成汽车、地面车辆、风力机或一般机械产品中的斜齿轮或直齿轮系统的定义和仿真,对齿轮系统的动力学行为和作用在每个部件上的载荷进行预测。
通过齿轮接触力定义,可以研究齿轮系统中的间隙或变啮合刚度是如何影响整个机械系统的,并可进一步探索引起噪声问题的根源,例如齿轮哀鸣噪声和齿轮咔嗒噪声。
可以将齿轮系统合并到更大的系统模型中,以研究整个系统的响应,并进行精确的载荷预测。
这些载荷可用于之后的结构分析、振动噪声分析、疲劳分析以及其它领域中。
例如,观察齿轮载荷是如何通过箱体结构进行传递并引起箱体结构声辐射的。
5参考用户
LMS的发动机多体动力学仿真解决方案
目录
1LMS虚拟仿真平台................................................................................32LMSMotion介绍...................................................................................43LMSMotion软件特点...........................................................................84LMS发动机仿真解决方案..................................................................14
解决方案概述...............................................................................................14发动机专用功能模块介绍...........................................................................17
考虑自身质量的螺旋弹簧建模........................................................17转速计和燃烧单元............................................................................17凸轮接触面定义................................................................................18液压间隙调节装置............................................................................18弹性液动轴承....................................................................................19活塞润滑............................................................................................19正时链传动............................................................................20齿轮传动............................................................................................21
5参考用户..................................................................................................................22
1LMS虚拟仿真平台
LMS虚拟试验室提供功能品质工程的集成解决方案。
提供一套集成软件包用以模拟机械系统的品质属性,如结构完整性、振动噪声、耐久性、系统动力学特性、驾驶的平顺性及操纵的稳定性等等。
LMS包括所有关键过程步骤及所需的技术,可以远在进行昂贵的加工和实物试验之前对每个关键属性进行从头到尾的评价。
采用LMS,设计部门能够快速有效地分析多个设计方案,使设计方案的选择主要从关键品质属性的角度出发。
LMS基于达索公司的PLM开放式软件平台CAAV5,内嵌完备的CatiaCAD建模功能。
结构分析软件包-Structures
LMSStructuralAnalysis使得我们的设计工程师可以完全在CATIAV5的基础上完成有限元网格的前处理分析。
使得CAD数据和分析数据参数化全相关,于数据格式和CATIA数据格式完全一致。
使用Structural我们可以随时直接修改CAD几何参数,分析结果就会相应的自动改变。
这样就能够节省设计和分析工程师大量的时间,同时消除了CAD和CAE数据之间的不相关问题,软件在AIRBUS、BOEING得到了广泛的使用。
多体分析软件包-Motion
LMS运动学和动力学软件用于模拟各种机械系统的实际运动和载荷。
它使工程师可以快速地分析和优化其机械设计的实际运动,并保证在进行实物试验前,设计方案和预期的结果一样。
参数化的应用模板和优秀的求解器进一步为虚拟原型设计提高了效率。
疲劳分析软件包-Durability
LMS耐久性软件可以帮助工程师预测疲劳热点和相关部件及子系统的疲劳寿命。
它将动态部件载荷与从结构有限元模态和材料的SN曲线相结合,耐久性后处理模块帮助工程师获得危险区域的反馈,了解疲劳问题的根源,从而快速评价多个设计方案。
LMS公司使系统级耐久性分析成为可能,并付诸
实践。
声学分析软件包-Acoustic
LMSSYSNOISE技术突破大大加速了声学仿真的速度—很多情况下快100倍。
通过将SYSNOISE技术集成到LMS,LMS创建了世界上第一个从头到尾的声学品质工程环境,从概念开发,通过使用虚拟模型进行设计修改,最后到基于试验的验证。
振动和混合仿真-NVM
利用LMSNVM模块,读入各部件的动力学模型,在图形界面上交互式定义各部件之间的装配点,将各部件模型装配成系统级模型。
装配点处可定义为刚性连接、随频率变化的弹簧阻尼装置等。
基于FRF的子结构综合技术,求解出系统级模型上响应点与激励点之间的
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