Tomas:请问机体建模的思路

baoshijie

Tomas:请问机体建模的思路
曲轴的建模很顺利。下一步我考虑该怎么合理地对机体建立有限元模型（机体的情况如下图所示）。从减少工作量的角度，应该采用你提到过的只建立主轴承壁的方式。但我的课题是研究柴油机在受外界强烈冲击（如地震、船舶受到水下冲击）下的动力学响应情况，想法是利用excite完善的曲轴系动力学计算功能，再在excite中的机体上加入外界冲击载荷。我想主要关心曲轴和油膜的受力、工作情况，对机体先不做考虑。
如果把机体简化为几个主轴承壁的方式是不是简化得太多了？excite计算时考虑机体与曲轴的相互作用时是不是就不准确了？在excite中对这些主轴承壁可以施加外界载荷吗？

如果我仿照excite primer例子中的那样做，对机体也建立完整的有限元模型。我又想到以下的问题：
1、该机型的机体是一个焊接机体，出于减重的考虑，加工了不少方孔、圆孔，还有观察孔。可能比一般的机体复杂些，fame处理这种机体有没有困难？
2、我想先在cad模型里简化，去掉不必要的小孔（如安装发动机悬置、进气歧管的螺栓孔等），那么机体气缸周围的六个螺栓孔应不应该去掉（如果我不关心机体的应力、应变的话）？
3、在机体的cad模型上再加上轴瓦、气缸套、冷却水套模型，合并，做成一个零件。
4、在初始拓扑里先把机体、轴瓦、气缸套、冷却水套所对应单元的材料参数、单元属性设好，提交给fame，fame处理后得到的有限元模型中机体、轴瓦、气缸套、冷却水套所对应单元的材料参数、单元属性是不是就不必修改，直接可拿来使用了？
5、如图，该机型不是整体缸盖，是单体式缸盖。缸盖内部结构复杂，各种内部结构都要画出来吗？我看到primer例子中的缸盖部分只是一个空腔，没有进排气气道、冷却水道等结构。机体有限元模型要不要加上缸盖？缸盖要简化到何种程度？
6、增压器、进排气歧管等质量比较大的附件要不要做到机体模型里去？

wangzhixiang

我觉得有必要将你的话题单独列出。
首先你的研究很有趣也很重要，而且能够在EXCITE仿真的帮助下为你的研究提供仿真上的依据。
衷心希望能看到你能顺利地进行EXCITE计算，并为你的研究有所帮助。
关于你的问题，下面我说说我的想法。

haorenjie

一、无冲击下，船舶轴系的主要影响因素
船舶轴系，由于在低速大扭矩下工作，并受螺旋桨工作特性的影响，工作情况相当复杂。不过针对不同的应用，各种影响因素的权重应该并不完全相同。所以对于某一产品，需提出有针对性的研究方案。

一般来说，船舶轴系的主要内容有：
1、轴系扭振、滚振
2、曲轴强度
3、轴承摩擦磨损分析（油膜分析）

对于轴系扭振问题，受中国船级社以及其它的一些国际船级社的强制行标准的要求，必须使用法规要求并认可的计算方法和流程。所以我这里不详细讨论扭振计算的问题。但是，需要注意的是：船舶扭振有可能耦合整机振动，从而影响轴承的正常工作，虽然一般来说，其影响并不十分强烈。

滚振，则是比较独立的话题，它对轴承工作有多大影响，我也无法了解。就我的理解，它对发动机的工作稳定性影响大些，其中包括滚振对整机热力工作性能的影响、对变工况的瞬态过程的影响等。

对于强度，弯扭耦合的综合影响应该考虑，这一点，中国船级社的相应法规计算，使用的是扭振动力学计算与简支梁静力学的耦合结果（EXCITE Designer中的算法与它类似）。在一般情况下是可行的，但它无法表述在发动机受强烈冲击下的综合影响。

对于轴承，由于受到船舶轴系大质量和大惯量在低速下的工作特点的影响，必须考虑轴系自身重力对轴承载荷的影响。而且在高燃气压力的作用下，轴承所受力矩的影响将十分突出，必须使用EXCITE中EHD的计算方法，EXCITE的EHD计算在瓦希兰等船舶发动机公司中已广泛使用。另外对于中间轴和螺旋桨轴轴承，由于轴的弯曲变形影响可能较大，也需使用EXCITE中EHD的计算。

总之，无冲击下，你的轴系仿真计算中（甚至你的仿真试验中），应该考虑的影响因素：
1、轴系扭振以及弯扭耦合强度
2、轴系自重
3、弹性变形的曲轴和机体
4、以及其它一些基本影响因素，如：轴系平衡、机油供给、材料、工艺等等

花和尚

二、船舶发动机受强烈冲击的动力学响应
强烈冲击对轴承EHD的影响的确很有趣。
这种影响可能来自于轴系（螺旋桨特性的改变，导致发动机工况的瞬态变化），也可能来自于整机振动。

新版EXCITE中，虽然可以定义转速改变下燃气压力曲线的time history数据，但计算精度还需计算人员细心的去把握。EXCITE中，Load Data菜单下，Load Cases中要选上Engine Run-up，以及相应的定义。

如果来自于整机冲击脉冲，则需要定义其time history数据。如果有脉冲谱，包括幅值谱和相位谱，可以通过DFFT去获得time history，虽然有由于窗函数的影响而带来的信息损失。EXCITE中，机体模块SMOT类型，指定位移advenced properties->general motion->选择table填入位移时间序列。

考虑零部件的重力影响，EXCITE中，Load Data菜单下，Load Cases中要选上Constant Acceleration (e.g. Gravity)。

wuyingzong

三、希望结果
如果是稳速计算加机体冲击，计算方便，能够获得关于本身结构设计以及机体传递冲击的影响。建议计算无冲击和有冲击的两种稳速状态，了解冲击的影响大小。

如果考虑强烈冲击带来的轴系变工况瞬态过程的影响，力学现象就更加复杂，计算模型就很复杂了，不过我个人觉得这种情况的计算更加有意义。

mizhongquan

四、你的问题1
如果把机体简化为几个主轴承壁的方式是不是简化得太多了？
建议做成一个总的发动机机体裙部。

excite计算时考虑机体与曲轴的相互作用时是不是就不准确了？
简化过多，精度一般是稍差些。但更重要的问题应该是要确定：那些重要的力学现象必须在模型中表达出来！采用什么方式来表达！

在excite中对这些主轴承壁可以施加外界载荷吗？

xuedaocheng

四、你的问题2
1、该机型的机体是一个焊接机体，出于减重的考虑，加工了不少方孔、圆孔，还有观察孔。可能比一般的机体复杂些FAME可能会在这些地方出现坏单元。不过要看你的使用技巧了。删除一些小孔没关系的，你的船用机的几何形态还是比较简单的。

2、我想先在cad模型里简化，去掉不必要的小孔（如安装发动机悬置、进气歧管的螺栓孔等），那么机体气缸周围的六个螺栓孔应不应该去掉（如果我不关心机体的应力、应变的话）？
不计算应力和接触，可以去掉这些螺栓孔。

3、在机体的cad模型上再加上轴瓦、气缸套、冷却水套模型，合并，做成一个零件。
可以这样。

4、在初始拓扑里先把机体、轴瓦、气缸套、冷却水套所对应单元的材料参数、单元属性设好，提交给fame，fame处理后得到的有限元模型中机体、轴瓦、气缸套、冷却水套所对应单元的材料参数、单元属性是不是就不必修改，直接可拿来使用了？
单独定义相应网格的property和mat

5、如图，该机型不是整体缸盖，是单体式缸盖。缸盖内部结构复杂，各种内部结构都要画出来吗？我看到primer例子中的缸盖部分只是一个空腔，没有进排气气道、冷却水道等结构。机体有限元模型要不要加上缸盖？缸盖要简化到何种程度？
如果仅考虑机体位移的影响，可以不加缸盖。但是如果考虑整机振动的影响，当然加上的好。

6、增压器、进排气歧管等质量比较大的附件要不要做到机体模型里去？
如果考虑整机振动的影响，是要加上的。重要的是保证质量和惯量一致。

xiakexing

我所研究的16V240柴油机是机车上用的，用于组建柴油发电机组。后来也推广到船舶上作为发电机。由于不是船舶主机，所以我考虑外界冲击的传递路径主要是通过机座传递给机体的。发动机的机体是由一些钢板焊接成的，工艺比较复杂。这几天我考虑还是对机体只做出主轴承座部分（相当于发动机机体裙部去掉了最外围的一圈钢板），以简化建模工作量。
我还有几个问题想请教：
1、因为不模拟机体的缸套部分，那么excite计算时的连杆小头的主自由度节点就没法与缸壁上的节点连接了，那活塞连杆的效应怎么考虑呢？
2、由于研究的对象是柴油机发电机组，柴油机和发电机布置在同一个地基上，柴油机机体与发电机外壳通过连接箱相连接。发电机的转子一端通过弹性联轴节与曲轴输出端相连，转子另一端通过滚柱轴承固定在发电机壳体上。整个柴油发电机组是由四个点来支撑的，柴油机机体上有两个支撑，连接箱上有两个支撑。如果曲轴部分建模要加上发电机转子，那么机体部分建模要不要加上连接箱壳体、发电机壳体部分呢？加上这些的话，机体建模又复杂了，头疼，呵呵！
3、固定发电机转子的那个滚柱轴承是在有限元里建模还是在excite里建模，该如何建模呢？
4、“可以由脉冲谱通过DFFT去获得time history”提的这个建议，我还真没想到过这个方法。