1、1A D V A N C E D S I M U L A T I O N T E C H N O L O G I E S培训教程(仅供用户使用)PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .2.整机强迫振动结构表面噪声辐射 轴系结果（扭振及扭振减振器参数优化、曲轴动态弯曲变形轴承动载荷） 机体、悬置振动(激励源有气缸压力、活塞敲击、阀系力) 机体表面辐射噪声Normal Modes Analysis of Equivalent and Complete Power Train Unit and Non-linear Forced Vibrations AnalysisPD
2、F 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .3.n 发动机固有频率和模态engine eigenfrequenciesand eigenmodesn 悬置上力和力矩Forces and moments on the engine mountsn 发动机振动Engine Vibrations during the operationn 发动机表面速度级Surface velocities of the Engine概述声学仿真目的Targets of Engine Acoustic SimulationPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .4.概
3、述流程说明PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .5.Advanced TrainingNoise, Vibration and Harshness Analysis (NVH) Engine NoiseDirect Noise Excitation Indirect Noise ExcitationCombustion Noise Mechanical NoiseExhaust SystemIntake SystemFanPiston+ Piston SlapConRodCrankshaftCam Shaft DriveValvesCam ShaftGenerat
4、orServo PumpTurbo ChargerCrank Train Timing Drive AuxiliariesMain Noise Sourcesdirectindirect“External” Noise Path“Internal” Noise Pathn Structure Borne Noisen Air Borne Noisen Orifice NoisePDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .6.Advanced TrainingCrankshaft Strength CAD SystemIGES FilesFE Pre/ProcessorF
5、E-ModelMasses (ANSYS)SOLID45 3-DSolid Elementsn 3D壳单元(能弯和扭的类型): (NASTRAN)QUAD,TRIA; (ANSYS)Shell63 3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness)n要求Guidelinesn 曲轴轴线必须在一坐标轴上(精确的) Crankshaft axis must be one of the global axisn 发动机应包括悬置支架shouldincludeEngine bracketsn模型缩减Model Reduction (Static)
6、n 发动机悬置，需三个方向的自由度Mounts 3 DOFsin axial, horizontal, vertical directionsFEM -机体总成Cylinder Block Assembly曲轴箱：悬置支架Crank Case:BracketsPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .9.n有限元建模 FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elements n 3D壳单元(能弯和扭的类型): 3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness) n 梁和质量单元0D mass ele
7、ments and 1D beam elementsn指导ModelingGuidelinesn none n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n 悬置端点，定义三向自由度Nodes at the mount end, DOF in axial, horizontal and vertical directions动力总成悬置Power Unit Mount必须做RBE2/蜘蛛DFEM -机体总成Cylinder Block AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .10.n有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元:
8、3-DSolid Elements(NASTRAN)HEX,WEDGE,TET;(ANSYS)SOLID45+Mass21n径向轴承指导Guidelinesn宽度上3层3 to 5 node planes in width direction (equidistant)n周向12至32个节点12 to 32 nodes in circumference (for EHD: 24 -40) n止推轴承指导Guidelinesn左右止推：各4点n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n径向轴承：水平和垂直方向自由度Main Bearing Shell Nodes, DOF
9、 in horizontal and vertical directionn止推轴承：轴向主自由度曲轴箱：主轴承壁Crank Case: Main Bearing WallsFEM -机体总成Cylinder Block Assembly(NASTRAN)ASET1,23,1001,THRU,1096(ANSYS)ET,2,MASS21R,2,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0TYPE,2REAL,2EN,16901,12001 !在12001点上产生质量单元16901EGEN,120,1,16901 !从16901开始连续产生质量120个至17021M,12001,UY !定义Y
10、向主自由度M,12001,UZ Dn左右止推轴承，各定义4个节点，轴向DOF轴向精确位置对称分布 En为节约自由度，径向轴承定义节点3*32足够，径向DOF必须精确在圆柱上！等间距！建议顺序连续书写节点号PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .11.TSATSn有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elementsn3D壳单元：必须延伸到相应的机体表面3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness) n指导Guidelinesn单侧5至9点5to 9 nodes at each si
11、de along liner (TS, ATS)n必须在气缸中心线上The axial position of linernodes must coincide with axial position of crank pin nodes n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n直列机:TS和ATS两侧,水平方向DOFnV型机:水平和垂直方向DOFn加载Load Applyn主次承压面上的活塞敲击力Piston Impact Forces (Piston Slap) n结果来自Excite PR曲轴箱：缸套Crank Case:Cylinder LineFEM -机
12、体总成Cylinder Block Assemblyn必须在气缸中心线平面上必须在缸径的精确位置上不要跳选主节点！(计算噪声时)最上点和最下点可以不选(这是活塞通常不会接触的地方)距离尽量相等DPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .12.E独立缩减时，必须做RBE2或蜘蛛n有限元建模FE-Modelsn3D壳单元(能弯和扭的类型) 3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness) n3D实体单元3-D Solid Elements (linear)n指导Guidelines n建议用壳单元，比一层的实体单元
13、精度高n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n一般情况下，与机体做成一体(可以节点重合,也可RBE2耦合)n进行油底壳筛选计算时，可以单独缩减，但螺栓位置(以及机体相应位置)应做RBE2，设定三向主自由度，并且在EXCITE中用螺栓Joint耦合油底壳和机体的相应点曲轴箱：油底壳Crank Case: Oil SumpFEM -机体总成Cylinder Block AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .13.Dn有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elements (linear)n3D壳单元
14、(能弯和扭的类型) 3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness)n质量单元(部件做为集中质点或简单的网格) Mass Elements (concentrated mass at grid point) or coarse mesh with correct massn梁单元(做蜘蛛) 1-D beam Elementsn指导Guidelines n根据分析的主要目标，确定一种定义方法n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n无none 其他外部零件：水泵，压缩机，动力皮带轮Other External C
15、omponents:water pump, compressor, dynamo pulley )FEM -机体总成Cylinder Block Assemblyn简易(振动计算、油底壳噪声、曲轴箱噪声、缸盖噪声一般足够)。无局部模态，便于计算。蜘蛛质量单元：定义质量惯量。含支架复杂(机体噪声计算、SYSNOISE噪声辐射计算)：简单的实体支架（几十个单元就够）简单的附件网格（实体或壳单元）：必须有正确的质量和惯量PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .14.n有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elements (linear)n3D壳
16、单元(能弯和扭的类型) 3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness)n指导Guidelines n none缸头Cylinder Head建议全用实体单元，避免混合单元的麻烦DFEM -缸头总成Cylinder Head AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .15.机体和缸头耦合（整体处理）在良好接触且接触刚度对全局模态影响不大的情况下，将机体/缸头/气缸垫做为一体进行缩减。其中在重要接触区域节点合并（其它区域视情况而定，可以采用垂直方向的MPC进行耦合）。对于悬置振动和整机振动计算，这
17、样处理的精度足够，因为良好的接触对动力总成全局模态的影响是有限的。FEM -缸头总成Cylinder Head AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .16.机体和缸头耦合（分开处理） 有限元模型分别缩减成两个体:1、在各自体中的螺栓处做RBE2或Spider，并设为ASET（DOF123）2、缸套密封圈定义ASET （DOF3）EXCITE中：1、用C-C bearing joint的单弹簧代替连接，该弹簧在空间各方向都拉压有效，定义随距离变化的非线性刚度（需做当量换算）。2、缸套密封圈点对点相对应；螺栓点对点相对应。FEM -缸头总成Cylind
18、er Head AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .17.n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n 4点完全对称，施加燃气力用4 (symmetric ) nodes at each cylinder, n直列机：垂向自由度DOF in vertical directionnV型机：垂向和横向自由度DOF in horizontal and vertical direction for V enginesn加载Load Apply: Gas Forcesn燃气力:EXCITE-Load Data-Chamber For
19、ce：4点上每一点各占0.25缸头Cylinder HeadFEM -缸头总成Cylinder Head AssemblyEn必须做RBE2/蜘蛛在气缸中心的一个圆上，以免造成燃气力加载的不平衡PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .18.考虑阀系噪声时主要影响缸头缸盖噪声配气机构噪声激励力Timing Drive Induced NoiseFEM -缸头总成Cylinder Head AssemblyPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .19.n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n直列机：垂向自由度DOF
20、 in vertical directionnV型机：垂向和横向自由度DOF in horizontal and vertical direction for V enginesn加载Load Apply: Valve Seat Forces (contact area between valve and valve face)n气门落座力：多点等分nExcite TD计算结果较均匀分布，或每个阀孔各做RBE2/蜘蛛DFEM -缸头总成Cylinder Head Assembly缸头Cylinder Head考虑阀系噪声时气门落座力PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创
21、建 .20.FEM -缸头总成Cylinder Head Assembly缸头Cylinder Head考虑阀系噪声时气门弹簧座力n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n直列机：垂向自由度DOF in vertical directionnV型机：垂向和横向自由度DOF in horizontal and vertical direction for V enginesn加载Load Apply: Valve Spring Forces (area on the valve spring faces)n弹簧力：多点等分nExcite TD计算结果较均匀分布，或每个阀
22、孔各做RBE2/蜘蛛DPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .21.n有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elementsn3D壳单元3-D Shell Elements (with bending and shear stiffness) n指导Guidelinesn轴承中心点(RBE2或蜘蛛) Bearing Center node coupling with bearing shell nodes (Rigid)n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n轴承中心点：横向和垂向DOFBearing Cente
23、r nodes at each bearing, DOF in horizontal and vertical directionn加载Load Apply: Camshaft Bearing Forcesn凸轮轴承力：轴承中心点nExcite TD计算结果缸头：凸轮轴承Cam Shaft Bearings必须做RBE2/蜘蛛DFEM -缸头总成Cylinder Head Assembly考虑阀系噪声时凸轮轴承力PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .22.n有限元建模FE-Modelsn 3D实体单元3-D Solid Elements n3D壳单元3-D She
24、ll Elements (with bending and shear stiffness) n梁和质量单元0D mass elements and 1D beam elementsn指导Guidelinesn用梁单元建立传动轴，并与齿轮箱弹性连接Transmission Shafts are modeled with beams and provided with elastic connections to the Gear Boxstructure n模型缩减(静) Model Reduction (Static)n none FEM -齿轮箱Gear Box耦合：轴段和齿轮Coupli
25、ng:Shaftsand Gears建议全部用一类单元制作：实体单元或壳单元，以免出现混合单元的错误和麻烦D做RBE2/蜘蛛n初级轴：不在本模型中，独立Gear Shaft,含齿轮盘简单实体单元，缩减为SMOT,每点3DOFsEXCITE中定义稳速旋转(无需额外稳速边界了)n次级轴：梁单元与变速箱一体无运动n齿轮盘：质量单元(可能多个)质量惯量PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .23.机体Engine Block (SMOT)xz主自由度点示意图：每点3个方向Demo figure of Main DOFs: 3 direction for each maste
26、r node主轴承座主节点Main Bearing Wall缸套主节点Liner Main DOFs缸头主节点Head (4 valve center nodes for each cylinder) 悬置主节点Mount Main DOFs齿轮轴主节点Gear shaft DOFs含： 机体总成+ 缸盖总成+ 齿轮箱总成+ 进排气管总成+ Including: Block Ass. + Head Ass. +Gearbox Ass. + Intake&outtakePipe Ass. + 例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE SimulationPDF 文件使用
27、 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .24.机体Engine Block (SMOT)例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE Simulation第一水平弯曲模态PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .25.机体Engine Block (SMOT)例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE Simulation第一垂直弯曲模态PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .26.机体Engine Block (SMOT)例三Example 3：I-4 Engine NVH EXC
28、ITE Simulation第一扭转模态PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .27.FEM Models/Master nodes Excite Model (Bodies,Joints,Loads)Gear ShaftREVO气缸压力Gas Force Excitation+活塞敲击Piston Slap and 阀系力Valve Train Forces例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE Simulation曲轴Crankshaft (CON6)连杆Conrod (NOD6)动力总成Powerunit (SMOT)固定底盘Cha
29、ssis (ANCH)虚拟固定点Dummy (ANCH)体单元EXCITE BodiesPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .28.Gear ShaftREVO连接体Joint n活塞/缸套-导向Piston/LinerGuidancen 线性刚度/阻尼Linear Spring/Damper Functionn 定义迭代参数Iterative Determinationn大头/曲柄销-轴承连接Revolute Jointn线性/非线性刚度/阻尼 Linear or Non-linear Spring/Damper Funct.n主轴颈/轴瓦-非线性弹簧/阻尼轴承
30、连接Non-linear Spring/Dampern轴承结构变形Deformation of Bearing n轴承间隙Bearing Clearancen轴颈不对中Journal Misalignment (Moment)n离合器/齿轮轴-旋转联轴器Clutch/gearshaft-Rotational Couplingn线性刚度/阻尼Linear Spring/Damper Functionn传动比-传递扭矩Transmission Ration轴向推力轴承Axial Thrust Bearingn 线性/非线性刚度/阻尼Linear or Non-linear Spring/Dampe
31、r Funct.n 轴承间隙Bearing Clearancen悬置Engine Mountn非线性刚度/阻尼Non-linear Spring /Damper Functionn离合器/齿轮轴-轴承连接Clutch/gearshaft-REVOn非线性刚度/阻尼Non-linear Spring/Damper Functionn传递弯矩Transfer bending例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE SimulationPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .29.固定底盘Chassis (ANCH)例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE Simulation虚拟固定点Dummy (ANCH)恒定转速点A node with onstantspeed for simulation使用转速变参,为初始转速匀速工况PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 .30.载荷数据Load Data例三Example 3：I-4 Engine NVH EXCITE SimulationPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建
