基于伏图的汽车发动机曲轴模态仿真APP应用介绍

一、曲轴模态仿真APP应用介绍

基于伏图的隐式结构分析功能，可以方便快捷地建立曲轴模态的仿真流程，并且通过内置的APP开发器，以鼠标拖拽的方式便捷地将参数化仿真模型及仿真流程封装为可复用的曲轴模态仿真APP，可大幅提高同系产品的建模和分析效率，缩短仿真周期。

本文以四缸四冲程发动机曲轴为例，分别开发了曲轴自由模态仿真APP、曲轴约束模态仿真APP和曲轴预应力模态仿真APP。通过仿真APP，工程师不再需要进行繁琐的建模与分析操作，也不需要过多关注分析原理和计算过程，只需要进行参数修改和提交计算就可以实现不同设计方案的振动特性计算和对比评估，完成符合动力学性能要求的产品结构设计。

曲轴自由模态仿真APP是对曲轴单体进行模态计算，反映其自身固有的频率和振动特性。

通过本仿真APP可实现：

1）曲轴的参数化建模，通过调整几何参数，对比评估不同设计参数下曲轴的固有振动特性；

2）调整网格密度，研究网格尺寸对曲轴固有模态频率的影响，确定合适的分析参数；

3）修改模态提取阶数，保证计算频率范围满足性能评估需求；

4）便捷查看频率分析结果，结合振型云图对曲轴的振动特性进行评估。

发动机曲轴在实际工作过程中，滑动轴承的约束会对曲轴的振动造成一定影响，对曲轴进行约束模态分析，施加滑动轴承的约束边界条件，可以使分析更加接近曲轴的工程实际情况。

通过发动机曲轴约束模态仿真APP可实现：

1）考虑滑动轴承的约束对曲轴的影响，考察曲轴在安装状态下的振动特性；

2）曲轴的参数化建模，通过调整几何参数，对比评估不同设计参数下曲轴的约束模态特性；

3）调整网格密度，研究网格尺寸对曲轴固有模态频率的影响，确定合适的分析参数；

4）修改模态提取阶数，保证计算频率范围满足性能评估需求；

5）便捷查看频率分析结果，结合振型云图对曲轴的振动特性进行评估。

曲轴在实际工作中除了受轴承的约束，还受到来自活塞连杆的推拉力和高速旋转导致的离心力，这些载荷的作用又带来曲轴结构刚度的变化，从而使结构的固有特性发生变化，也就是说预应力的存在使结构的振动特性相比于空载时发生了改变。

曲轴预应力模态仿真APP首先采用静力学分析计算曲轴在旋转角速度和活塞连杆载荷作用下的应力，再进行带预应力的模态分析。约束条件与进行约束模态仿真时相同，载荷设置为对曲轴整体施加旋转角加速度载荷，在各连杆轴径施加拉压载荷，用户可以根据实际工况设置载荷的拉、压类型和大小。

通过发动机曲轴预应力模态仿真APP可实现：

1）研究实际工况载荷对曲轴振动特性的影响；

2）曲轴的参数化建模，通过调整几何参数，对比评估不同的设计方案；

3）调整载荷参数，进行曲轴在不同循环极限工况下的静力和预应力模态分析，获得不同工况下曲轴的应力结果和模态结果，评估曲轴的静强度和振动特性是否满足要求；

4）修改模态提取阶数，保证计算频率范围满足性能评估需求。

二、仿真APP赋能千行百业

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。