一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法


[0001]本专利技术涉及一种发动机仿真分析
，尤其涉及一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法
。

技术介绍

[0002]发动机空调压缩机，简称空压机，为车辆驾驶人员提供舒适的行驶环境，能够提高驾驶人员的注意力，避免交通事故的发生
。
空压机支架作为承载其各个工况载荷的平台，其支架使用可靠性显得重中之重
。
[0003]目前发动机空压机支架的高周疲劳分析方法，一般是运用有限元分析软件，结合实际振动测试工况中加速度值，选择最大加速度数值作为有限元分析施加载荷：在支架组件模型
X,Y,Z
三个方向分别施加正负六个方向的最大加速度值，得到支架应力结果进行高周疲劳计算
。
这样方法存在一些问题：
(1)
支架计算载荷边界不够精准，容易忽略加速度峰值，误差较大
。(2)
此方法只能用在发动机试验阶段，不能用在发动机整体机型开发阶段，因其在开发阶段发动机整体零部件未成型，不能进行试验
。

技术实现思路

[0004]针对空压机支架的高周疲劳分析方法中支架计算载荷边界不够精准且难以直接试验的问题，提出了一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，包括以下步骤：
[0007]S1
：运用<br/>Simlab
软件创建发动机整机有限元分析模型；
[0008]S2
：根据
S1
创建的发动机整机有限元分析模型，运用
EXCITE Power Unite
软件进行模型缩减并创建发动机整机动力学模型；
[0009]S3
：通过发动机整机动力学模型，运用
EXCITE Power Unite
软件，计算得到发动机特定转速下
、
曲轴不同转角下的空压机表面节点位移数据文件；
[0010]S4
：根据空压机支架实际安装状态，运用
Abaqus
软件建立带有螺栓载荷的空压机支架有限元装配工况分析模型；
[0011]S5
：运用
Abaqus
软件，对空压机表面节点动态载荷位移数据文件与空压机支架有限元装配工况分析模型文件进行耦合求解，得到空压机支架应力结果分布；
[0012]S6
：根据空压机支架应力结果分布，运用
FEMFAT
软件进行空压机支架的高周疲劳计算并评估结果，得到基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳的评估结果
。
[0013]步骤
S1
具体为：
[0014]S11
：在
Simlab
软件内到建立发动机几何实体模型；简化发动机几何实体模型为各个组件；分别对各个组件进行四面体网格划分，创建有限元网格模型，组成发动机整机有限元分析模型；
[0015]S12
：对于
S11
中划分完成的各个组件，根据实际安装位置创建接触；创建空压机支
架表面节点集合；
[0016]S13
：将发动机整机有限元分析模型导出为
inp
文件格式
。
[0017]步骤
S3
具体为：
[0018]在步骤
S2
中根据发动机整机动力学模型，输入对应工况的爆压载荷曲线边界条件，同时根据
EXCITE Power Unite
软件自动生成载荷，施加到发动机整机动力学模型中，得到在特定工况下空压机支架表面节点在
X,Y,Z
方向的位移数据，同时根据步骤
S12
创建的空压机支架表面节点集合，输出发动机特定转速下
、
曲轴不同转角下的空压机表面节点动态载荷位移数据文件，此处文件存为
inp
格式，记为
F1。
[0019]步骤
S4
具体为：
[0020]S41
：根据实际空压机与曲轴箱装备关系，创建零部件间接触关系；
[0021]S42
：根据公式1计算螺栓对应扭矩下的螺栓轴向力：
[0022][0023]式中：
F
i
为螺栓轴向力，单位：
kN
；
T
i
为螺栓扭矩，单位：
N
·
m
；
d2为螺纹中径，单位：
mm
；
α
为摩擦角，单位：
(
°
)
；
β
为螺纹升角，单位：
(
°
)
；
d
w
为螺栓端面摩擦有效直径，单位：
mm
；
μ
w
为螺栓端面摩擦因数；
[0024]S43
：通过
Abaqus
软件进行步骤
S41、S42
后，得到带有螺栓载荷的空压机支架有限元装配工况分析模型，导出
inp
文件，此
inp
文件记为
F2。
[0025]步骤
S5
具体为：
[0026]S51
：为实现空压机支架在发动机整机运行状态下的动态载荷计算，将空压机表面节点动态载荷位移数据文件
、
空压机支架有限元装配工况分析模型文件通过
Abaqus
软件内的
Include
语句关联进行计算，即为两者载荷的叠加，综合计算得到支架应力结果：
[0027]S52
：综合
S51
两个文件工况，运用
Abaqus
软件对空压机支架进行求解计算，得到空压机支架应力结果分布，并对其进行评估
。
[0028]步骤
S6
具体为：
[0029]根据空压机支架应力结果分布，运用
FEMFAT
软件，计算空压机支架在动态载荷分析步下的高周疲劳安全系数，基于高周疲劳安全系数对支架结构强度进行评估，得到基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳的评估结果
。
[0030]步骤
S51
中，空压机表面节点动态载荷位移数据文件
、
空压机支架有限元装配工况分析模型文件的关联命令如下：
[0031]*INCLUDE,INPUT
＝材料文件
.inc
[0032]*INCLUDE,INPUT
＝模型文件
.inc
[0033]*STEP,NAME
＝
step
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：运用
Simlab
软件创建发动机整机有限元分析模型；
S2
：根据
S1
创建的发动机整机有限元分析模型，运用
EXCITE Power Unite
软件进行模型缩减并创建发动机整机动力学模型；
S3
：通过发动机整机动力学模型，运用
EXCITE Power Unite
软件，计算得到发动机特定转速下
、
曲轴不同转角下的空压机表面节点位移数据文件；
S4
：根据空压机支架实际安装状态，运用
Abaqus
软件建立带有螺栓载荷的空压机支架有限元装配工况分析模型；
S5
：运用
Abaqus
软件，对空压机表面节点动态载荷位移数据文件与空压机支架有限元装配工况分析模型文件进行耦合求解，得到空压机支架应力结果分布；
S6
：根据空压机支架应力结果分布，运用
FEMFAT
软件进行空压机支架的高周疲劳计算并评估结果，得到基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳的评估结果
。2.
根据权利要求1所述的基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，其特征在于，步骤
S1
具体为：
S11
：在
Simlab
软件内到建立发动机几何实体模型；简化发动机几何实体模型为各个组件；分别对各个组件进行四面体网格划分，创建有限元网格模型，组成发动机整机有限元分析模型；
S12
：对于
S11
中划分完成的各个组件，根据实际安装位置创建接触；创建空压机支架表面节点集合；
S13
：将发动机整机有限元分析模型导出为
inp
文件格式
。3.
根据权利要求2所述的基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，其特征在于，步骤
S3
具体为：在步骤
S2
中根据发动机整机动力学模型，输入对应工况的爆压载荷曲线边界条件，同时根据
EXCITE Power Unite
软件自动生成载荷，施加到发动机整机动力学模型中，得到在特定工况下空压机支架表面节点在
X,Y,Z
方向的位移数据，同时根据步骤
S12
创建的空压机支架表面节点集合，输出发动机特定转速下
、
曲轴不同转角下的空压机表面节点动态载荷位移数据文件，此处文件存为
inp
格式，记为
F1。4.
根据权利要求1所述的基于动态载荷的发动机空压机支架高周疲劳分析方法，其特征在于，步骤
S4
具体为：
S41
：根据实际空压机与曲轴箱装备关系，创建零部件间接触关系；
S42
：根据公式1计算螺栓对应扭矩下的螺栓轴向力：式中：
F
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玉泰，宋红年，陈阳，
申请(专利权)人：上海新动力汽车科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：