基于NSGA-Ⅱ与RBF神经网络的DPF结构参数优化

为降低某型号柴油机颗粒捕集器(DPF)在运行过程中的流动阻力,并使其保持较高的捕集效率。采用试验设计方法抽取代表性样本集,并分析影响因素对DPF捕集性能影响的显著性。利用径向基函数(RBF)神经网络构建所选变量与目标函数映射关系代理模型,并结合第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与结合熵权的优劣解距离排序法(TOPSIS)得到关于目标函数的一组最优解。结果表明:该型号DPF平均压降降低了14.58%,且DPF平均捕集效率保持99%以上。

头部支撑面角对连杆螺栓与大头盖接触应力的影响

国标六角法兰面螺栓对螺栓支撑面角度范围提出设计指导,但没有具体指出最佳角度,且其对螺栓预紧力及支撑面应力的影响尚无明确结论。通过建立发动机连杆螺栓的精细拧紧有限元仿真模型,并利用Yamamoto解析法验证了连杆螺栓有限元模型的准确性。研究了螺栓头部支撑面角对拧紧载荷下连杆螺栓预紧力和应力分布的影响,同时通过计算疲劳安全系数对螺栓头部支撑面的结构可靠性进行综合评估。结果表明:螺栓头部支撑面角取0.5°为最佳;提出了带有U型沉割槽的连杆螺栓结构模型,优化后的螺栓结构在螺栓头部与螺杆结合处的平均应力下降16.2%,平均疲劳安全系数提高19.6%。

36MnVS4和46MnVS5连杆裂解性能差异性研究及质量缺陷分析

针对高强度的36MnVS4和46MnVS5两种裂解连杆用非调质材料,开展了连杆裂解加工性能的对比分析,探究了影响连杆裂解质量的原因,并对连杆裂解加工的边界作出了优化,分析了连杆结构对裂解加工性能的影响。根据连杆实际裂解加工特性,设置了有限元模拟的边界条件。通过分析裂解槽根部的主应力和塑性应变的分布特征,获得了不同材料连杆的裂纹萌生位置;用ABAQUS和FRANC3D两个有限元软件模拟了连杆裂解的裂纹扩展过程,并进行了对比分析;优化了36MnVS4材料裂解加工的加载速度;分析了连杆结构对裂解性能的影响。研究结果表明:在相同边界条件下,46MnVS5材料裂解性能较好,裂纹萌生位置趋向于唯一,缺口敏感性低、断裂脆性较好、裂解速度较快,所需的裂解载荷更大;在25 mm/s的加载速度下,36MnVS4材料的裂解性能得到优化;理论断裂面面积较小的连杆结构裂解性能相对较好。

基于响应面法的连杆模锻成形载荷影响因素研究

目的解决42CrMo连杆预锻成形过程中因成形载荷较大导致的模具损坏风险较大和使用寿命低的问题。方法构建连杆预锻成形的仿真模型,分析不同坯料温度、模具温度、模锻速度、摩擦因数对成形载荷的影响规律,基于Box–Behnken试验设计与响应面法对连杆预锻的成形载荷进行研究,并结合多岛遗传算法进行优化。结果在多因素交互下,各工艺参数按对成形载荷显著性影响由大到小的顺序依次为:坯料温度、摩擦因数、模锻速度、模具温度。当坯料温度为1190℃、模具温度为350.7℃、模锻速度为532.5 mm/s、摩擦因数为0.1时,成形载荷为3226.6 kN,相比原工艺的成形载荷降低了50.74%。模锻试验后成形效果较好,说明了优化工艺参数的合理性。结论优化后的工艺参数可使成形载荷明显降低,该研究可为连杆实际模锻成形的生产提供有效指导。

轴瓦表面波纹度对柴油机连杆大头轴承润滑特性的影响

柴油机连杆大头轴瓦表面在加工过程中存在波纹度,表面波纹度严重影响轴承接触表面的润滑性能。针对这一问题,建立考虑表面波纹度的连杆组弹性流体动力学模型,分析不同波纹度幅值、阶次和数量对连杆大头轴承润滑特性影响规律。结果表明:随着波纹度幅值、阶次和数量的增加,最小油膜厚度总体先增大后减小,总摩擦功耗先减小后增大,表明合理分布的表面波纹度对轴承性能有积极影响,可提升轴承的润滑性能;基于Box-Behnken试验设计与响应面法对柴油机连杆大头轴承润滑特性进行研究,以轴瓦表面波纹度的幅值、阶次和数量为优化变量,以最小油膜厚度和总摩擦功耗为优化目标进行响应面分析,并结合带精英策略的非支配排序遗传算法进行优化。结果表明:不同轴瓦表面波纹度对连杆大头轴承润滑特性影响差异较大;相较轴瓦光滑表面,优化后最小油膜厚度增加了11%;总摩擦功耗降低了14%。

连杆大头轴承润滑多目标优化设计

针对柴油机连杆大头轴承润滑不良和摩擦磨损的问题,运用AVL POWER UNIT搭建连杆组柔性多体动力学模型,以连杆大头轴承间隙、轴承宽度和供油压力为设计变量,通过最优拉丁超立方试验设计方法构建输入矩阵,在Isight中建立RBF径向基神经网络代理模型,以最小油膜厚度、峰值油膜压力和平均粗糙接触有效压力为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标参数寻优,获得连杆大头轴承的最佳结构参数组合。相较于原始方案,优化方案的最小油膜厚度增加了0.60μm,峰值油膜压力减小了6.69MPa,平均粗糙接触有效压力减小了2.34MPa,综合润滑性能有所提升,可为连杆大头轴承优化设计提供理论参考。

柴油机连杆大头轴承润滑特性影响因素的研究

构建了连杆大头轴承仿真模型和试验设计与CAE技术相结合的仿真流程,选定了轴承相对平均间隙、曲柄销油孔直径和轴瓦宽度作为连杆大头轴承润滑特性分析的3个因素。仿真结果表明,影响最小油膜厚度、最大油膜压力和平均摩擦损耗因素的主次顺序为轴承相对平均间隙、曲柄销油孔直径和轴瓦宽度。

柴油机连杆疲劳断裂仿真研究

针对高爆发压力柴油机连杆工作时容易产生疲劳断裂,采用多体动力仿真分析方法获得连杆工作时的动态载荷谱,并在此基础上,应用动态应力恢复方法获得连杆疲劳寿命危险区域,并针对该区域进行断裂仿真分析。分析结果表明连杆在产生疲劳裂纹后继续工作的工作循环次数从百万次降低到万次,因此一旦发现连杆产生裂纹最好及时更换,避免灾难性事故的发生。

卧式柴油机主轴润滑特性及参数影响分析

针对卧式两缸柴油机,在AVL Excite pu软件中建立其主轴承弹性动力润滑仿真模型,在考虑主轴瓦及轴颈粗糙度因素下,分析了在最大扭矩工况条件下(1 600 r/min)主轴承的润滑特性并对主轴承结构参数进行了优化。研究结果表明:各主轴承最小油膜厚度,最大油膜压力符合设计限值;第二主轴承最大油膜压力接近150 MPa的车用柴油机油膜压力极限值,其轴心轨迹有明显偏向运动,表明该轴承存在明显的轴承弯矩;以轴承弯矩为分析目标,采用试验设计方法得到对轴承弯矩影响的主轴承结构参数顺序为主轴承宽度、轴承间隙、油槽宽度、进油口位置。

柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化

针对某四缸柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性较差的问题,采用GT-power软件构建了柴油甲醇双燃料发动机仿真模型,分析进气总管、进气歧管的结构参数以及进气正时对进气均匀性的影响程度。以进气总管直径、进气歧管长度、2、3缸的进气歧管直径以及进气正时为优化变量,以降低进气不均匀度为设计目标建立响应面模型,并结合多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:减小进气总管直径和进气歧管长度以及进气正时,增加2、3缸的进气歧管直径几何参数,改善了进气歧管内空气和甲醇的流动质量,使发动机的进气不均匀度由原机的10.35%降低到2.19%。

连杆的标识对其强度影响研究

某型号发动机连杆在进行样品循环载荷疲劳试验时,在连杆杆身中部产品标识位置处发生断裂。对实验样品进行材料和制造工艺检查,发现无缺陷。运用三维建模软件构建三维实体模型,采用有限元方法进行分析,发现与连杆样件试验标识同样位置处发生了应力集中。在此基础上,研究了标识文字间距、相对杆身表面高度、标识位置三个方案对杆身应力的影响,结果表明:适当增加标识文字之间的间距能降低应力;与凸出标识相比,凹陷的标识可大幅度降低应力;标识位置对应力影响最明显,当标识从杆身中部移到连杆盖外侧,杆身应力集中消失。

非道路柴油机主油道压力优化研究

某车用柴油机改为非道路使用后,额定功率转速从3600 r/min降为2400 r/min,这对原机油泵提出了更高要求。应用AMESim软件建立柴油机润滑系统一维仿真模型,仿真分析发现柴油机转速降低后,机油泵主油道压力已不能满足新的工况要求。对该机油泵的额定流量和泄压阀开启压力进行分析和优化,在不改变其他结构参数的基础上,将机油泵最大额定流量和开启压力分别从35.3 L/min和600 kPa调整到50 L/min和500 kPa。仿真分析表明,优化后主油道压力能满足柴油机相关部件润滑要求,且最小油膜厚度满足设计要求;同时还发现机油滤清器和机油冷却器阻力损失越大,主油道压力降低越明显,机油泵出口压力随机油滤清器和冷却器的总阻力升高而变大。

小波在信号奇异性中的应用

由于信号本身的奇异特性,传统的Fourier在信号奇异性整体表现上具有优势,但是在局部表述上存在不足。利用Lipschitz(Lip)指数和小波变换关系,对信号奇异性作出局部表述。

杆身截面积减小对连杆屈曲的影响

以某非道路四缸高压共轨柴油连杆为研究对象,采用由多体动力学与有限元分析结合的方法,研究了工字型杆身截面积参数变化对连杆整体屈服、疲劳安全系数和屈曲的影响规律。结果表明,杆身截面的宽度和厚度参数变化对连杆疲劳安全系数影响最敏感,其次是屈曲。厚度参数变化对连杆屈曲和疲劳安全系数的灵敏度影响相近。当杆身截面横截面积减少率相同时,厚度方向参数变化对屈曲的影响大于宽度方向参数变化对屈曲的影响。因此,在杆身截面参数选择设计和优化时,不宜过多减小厚度参数,可考虑减少宽度方向参数。

2D25卧式柴油机冷却水套结构的CFD模拟优化

针对高效低污染卧式柴油机的技术要求,为了设计合理的冷却系统,结合冷却水流动试验,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,分析了2D25卧式柴油机强制冷却闭式循环系统的冷却水套结构对冷却水流场的影响,优化了卧式两缸柴油机冷却水套结构。研究结果表明:合理布局缸体进水孔方案可以改善缸体水套内冷却水的流动和冷却效果,减少流动损失,降低水泵的功率损耗。合理设计和布置缸盖入水孔,可以大大提高缸盖水套内冷却水的整体流动速度,减小各缸冷却效果的差异,改善热负荷高的鼻梁区以及排气侧的冷却效果。对原冷却水套结构优化后,水套整体平均流速提高了40%,整体平均换热系数提高了41.7%,在公共水腔和缸体水套上方没有出现原方案的水流撞击和大漩涡,热负荷最高的缸盖底面和鼻梁区冷却水流速和换热明显增强,各缸均匀性变好。

缸套预紧变形及结构影响因素研究

基于弹性力学理论与非线性接触理论,建立机体-缸盖-缸套的装配耦合模型,在预紧工况下进行装配体的静力分析,研究了缸套变形特点,并应用正交设计试验法,研究了结构因素对缸套变形的影响。研究结果表明:预紧工况下各缸缸套整体呈现上部截面收缩变形,中下部截面扩张变形,最大变形位于各缸缸套的上部;受机体结构刚度不均匀的影响,各缸缸套变形不均匀,2、3缸缸套变形相似且变形相对较小,1、4缸缸套变形相似且变形相对较大;1、4缸缸套对应自由端的变形相对较大;结构因素中,对缸套变形的影响较大的是螺栓沉孔深度与缸套壁厚,在相同预紧力下,沉孔深度的增加使机体顶面变形变小,但使缸套最大膨胀变形量增加,随着缸套厚度减小,截面收缩变形增大,截面膨胀变形减小。

卧式柴油机主轴承润滑特性的影响因素分析

针对自主开发的2D25卧式柴油机,基于弹性流体动力润滑理论,采用AVL Excite Power Unit软件建立了主轴承润滑仿真模型,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,研究了轴承间隙、轴承宽度、进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:在分析的4个结构参数中,轴承间隙和轴承宽度对主轴承润滑特性影响较大,是主要影响因素,进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响相对较小,是次要影响因素。随着轴承间隙的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量增加,最小油膜厚度和平均摩擦功耗降低。随着轴承宽度的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量减小,最小油膜厚度和平均摩擦功耗增加。进油口位置和油槽宽度对轴承润滑特性的影响不呈现明显的变化规律。

柴油转子发动机的全可变配气系统优化

柴油转子发动机作为动力源头在农业领域中被广泛运用,为使其配气端口的设计与优化向系统化发展,进一步提升转子发动机的性能,提出了配气端口参数化设计及优化方法。根据柴油转子发动机的特性,建立配气端口曲线方程,采用6个配气参数构建转子发动机全可变配气的参数化模型和一维工作过程仿真模型。采用单因素扫值和响应面法,建立了功率及燃油消耗率的回归模型。以功率和燃油消耗率为性能指标,采用NSGA-II方法对全可变配气端口系统进行了多目标优化。研究结果表明,采用单因素扫值和响应面法相结合的方法,响应面回归模型的相关性系数大于0.95,具有良好的准确性与预测性;优化后,进气端口向前移动19.21°曲轴转角(Crank Angle,CA),进气口持续期增大了78.40%,端口宽度扩大了58.89%;排气端口向后移动19.92°CA,持续期不变,端口宽度扩大了46.60%;功率增加了1.07 kW、提升了25.36%,燃油消耗率降低了104.46 g/(kW·h),降低了20.01%。该研究可为转子机配气系统的设计与优化提供参考依据。

柴油机螺旋气道数字化设计方法

通过系统分析柴油机螺旋气道几何结构以及气道敏感区域对气道流通性能的影响关系,确定了构建螺旋气道的关键结构参数。提出了一种以气缸盖结构为约束条件,涡流比为设计目标,再进行流量系数优化的螺旋气道数字化设计方法,建立了螺旋气道参数化数学模型,开发了一款柴油机螺旋气道数字化建模软件。针对一款自主开发的卧式两缸柴油机螺旋气道的设计要求,采用螺旋气道数字化建模软件建立了螺旋气道数字化三维模型,进行了模型光顺性分析和流通性能分析。分析结果表明,螺旋气道数字化设计方法具有一定的可行性和通用性,只需提供气缸盖结构、流通性能(涡流比和流量系数)的设计要求,通过该数字化设计方法和建模软件就能设计出满足要求的螺旋气道。

柴油机活塞二阶运动对内冷油腔机油振荡流动与传热的影响

柴油机活塞的二阶运动不仅影响活塞侧击力、摩擦磨损、机油耗和漏气量,而且还对活塞内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能产生影响。在活塞动力学与运动学分析的基础上,结合活塞内冷油腔内的振荡传热性能模拟试验结果,采用计算流体力学仿真方法,建立了包含往复运动与二阶运动的计算流体力学仿真模型,研究了活塞二阶运动对内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能的影响规律。研究结果发现,二阶运动的径向运动主要影响内冷油腔中机油的振荡流动,偏摆运动主要影响内冷油腔的瞬时换热性能。二阶运动使内冷油腔的瞬时充油率降低,循环平均降低4.6%。对油腔壁面的瞬时换热性能影响很大,最大的变化幅值为24.9%。对于整个换热过程,虽然充油率降低,但平均换热系数变化不大。因此,二阶运动对内冷油腔综合换热性能的影响可以忽略不计。该研究可为耐高温高强度铝合金活塞的设计提供理论和技术参考。