CAE应用于动力总成NVH开发-蓝博士

蓝军长安汽车工程研究总院ChanganAutoR&DCenter2011年11月CAE应用于长安动力总成NVH开发CAEinPowertrainNVHDevelopmentinChangan一、体系化二、流程化三、标准化四、平台化五、案例内容提要加强CAE仿真对标和数据库建设，协助主观评价的原因查找，形成案例库。强化CAE在动力总成NVH作用，弥补试验分析中不足。一、体系化System发动机试验发动机CAE变速器试验变速器CAE设计部门性能和对标部门试验部门动力总成NVH管理部门整车部门加强CAE仿真与其他部门的合作。一、体系化System加强动力总成NVH开发的CAE仿真和试验的合作。一、体系化System模态分析单体NVH激励分析动力总成NVH动力总成、发动机零部件、变速器零部件模态分析变速器齿轮传动传递误差，单体振动噪声轴系、阀系、活塞、变速器、平衡轴等对缸体缸盖的激励分析轴系扭振、双资料飞轮转速波动、动力总成振动和噪声优化CAE业务板块，加强结构噪声、附件噪声、气体噪声、燃烧噪声、啸叫等的控制。一、体系化System发动机CAE变速器CAE附件噪声燃烧噪声气体噪声动力总成NVH结构噪声异响辅助判定啸叫NVH仿真目标确定和分解NVHCAE主要业务新机构NVH机理探索计算轴系阀系等子系统设计分析结构刚度、模态、共振分析附件NVH机理分析优化变速器传动系NVH分析整车NVH集成辅助分析完善发动机NVH开发流程：将CAE-试验-设计有效地结合起来；不断建立完善发动机NVH的CAE规范和试验规范和声品质评价规范。建立变速器NVH开发流程：建立切合实际的开发流程：与供应商NVH开发流程形成为一整体，解决啸叫、异响等内容。已建立CAE变速器规范（模态分析、动刚度分析、传递误差分析等）。对标NVH目标制定低噪声方案评估CAE分析台架试验台架声品质评估整车NVH评估单体CAE动力总成CAE模态FEM和试验分析单体NVH试验动力总成NVH台架试验整车NVH评估二、流程化Procedure曲轴系扭振分析KOODAFCC概念设计活塞动力学分析正时系统振动分析动力总成NVH响应分析优化变速箱模态和动力学分析进排气系统噪声分析发动机及附件支架分析配气机构分析NVH开发流程中的CAE缸体缸盖支架罩壳等模态分析二、流程化Procedure前期有限元模态分析成为标准方法：如分析缸体缸盖、油底壳缸盖罩正时罩壳、附件支架悬置支架、变速器壳体、变速器换挡杆等；EXCITE等软件的激励分析成为标准算法：配气机构、活塞敲击、曲柄连杆机构、变速器各挡啮合力；缸体缸盖变速器壳体的FEM单体频响成为标准算法：评判刚度的有效手段；详细的对标结构分析：包括缸体缸盖、罩壳类附件的对标（设计理念、加强筋设置、螺栓布置等原则）、悬置支架的各种结构对比（照片、图片等）；中期EXCITE计算分析成为标准方法：比如应用在各系列发动机变速器的NVH开发中，形成了标准库；手动变速器Romax传递误差分析成为标准算法：形成评价指标；Sysnois声辐射作为可选计算方法。后期辅助试验完成原因分析和优化整改，与试验形成了统一和无缝衔接。三、标准化Standard精准的NVH仿真；逐渐完善每个零部件的计算方法和评价方法；完成所有产品的完整的NVH模型包；满足整车开发时整机和附件振动噪声的快速计算和评价；CAE平台特征：四、平台化PlatformCAE平台工具：AVLEXCITE、有限元等；CAE平台培训：基于平台的技能和专业技术培训；曲柄连杆机构——扭振、强度Cranktrain——TorsionalVibration,StrengthAnalysis内容主要技术指标曲柄连杆机构分析AVLEXCITENASTRAN、ABAQUS目的：轴系扭振、TVD选型、曲轴强度、前端螺栓校核等。方法：曲轴系分析。结果：分析受力状态、运动状态、轴系扭振、强度。轴系扭振测量-TVD选型注：图片和数据不一定对应EXCITEDesigner模型曲轴弯扭强度五、案例Case扭振计算结果TVD前端扭矩计算阀系——凸轮型线设计、阀系冲击Valvetrain——CamDesign,DurabilityAnalysis注：图片和数据不一定对应内容主要技术指标配气机构分析AVLEXCITENASTRAN、ABAQUS目的：根据气门升程和相位的要求，进行凸轮型线设计和校核、气门弹簧校核等。方法：阀系动力学分析。结果：凸轮型线、凸轮与从动件接触、气门反跳、凸轮轴扭矩载荷等。凸轮型线设计-型线6阶以上的分量控制阀系动力学校核-气门落座力、落座速度等模型五、案例Case阀系异响等——检查供油压力VTAbnormalNoise——1DOilSupplySimulation注：图片和数据不一定对应五、案例Case内容主要技术指标润滑系统优化FlowMaster目的：优化润滑系统，确认机油泵的特性，确定润滑系统部件的特性。方法：建立1D润滑系统模型，包括油道、轴系、喷嘴等。结果：在一定的油温和轴承瓦公差下，分析各转速润滑系统流量分配和压力分配。油泵特性曲线1D润滑系统模型压力分配结果流量分配结果•检查实际供油压力与仿真的差异•判断可能出现实物质量的区域•解剖缸盖油道，判断相关零部件的供油情况正时传动——皮带张紧轮和张紧力TimingDrive——BeltTensionerIdlerandDynamic内容主要技术指标皮带传动分析AVLEXCITETD目的：确定张紧轮布置和预紧状态对皮带载荷的影响，从而确定NVH情况和皮带的工作可靠性状态。结果：皮带内力、皮带横向振动位移，进一步计算前罩壳的表面振动。注：图片和数据不一定对应固定张紧轮f=170N自动张紧轮f=100N使用自动张紧轮的皮带载荷五、案例CaseEXCITETD模型进气系统——噪声优化、降低压力损失IntakeSystem——NoiseReduction,PressureLossReduction内容主要技术指标进气系统优化GT-PowerCFD目的：发动机进气噪声分析优化方法：谐振腔、1/4波长管的尺寸确定和优化；结果：分析和优化空滤器内部的气体流动，用多孔介质模型模拟滤芯，内部流动特性，压力损失，滤芯速度分布等。进气系统噪声流线分布速度矢量分布总压分布降低压力损失进气系统噪声谱优化前优化后五、案例Case增压——喘振分析、发动机性能预测TC——Whoosing,EnginePerformancePrediction内容主要技术指标单级增压匹配，未来将掌握两级增压的匹配计算Boost,GT-Power目的：优化增压器的匹配，预测发动机的功率、扭矩、油耗等性能数据，确定发动机配气机构的型线和正时数据，增压发动机压气机和涡轮机的选型，中冷器的性能要求等。方法：仿真+测量，通过进气消声、调整涡轮放气阀等，避免喘振的发生结果：进气口噪声等模型进气口噪声仿真模型和结果扭矩比油耗低速大负荷时，产生喘振协助试验分析优化喘振改善发动机、废气涡轮与压气机的联合运行特性注：图片和数据不一定对应五、案例Case进气口噪声测量喘振正时罩壳——表面速度级分析TimingCover——SurfaceVelocityAnalysis内容主要技术指标罩壳类噪声分析EXCITE、Nastran、Sysnoise目的：通过调整固定点位置、加强筋的形式，来降低正时罩壳噪声辐射。方法：EXCITE动力学计算阀系载荷、正时传动载荷、燃气压力载荷，计算表面辐射。结果：表面振动速度、加速度，辐射噪声。注：图片和数据不一定对应五、案例Case增加正时罩壳固定点，表面加筋，计算对比表面速度级表面速度级表面速度级坎贝尔图铝制正时罩壳——传函、模态TimingCover——TransferFunction,ModeAnalysis内容主要技术指标罩壳类噪声分析NastranVirtualLab目的：了解铸铝前罩壳、悬置支架见的振动传递关系方法：降低发动机传递路径向车内的振动传递，避免共振等结果：速度传函-不同点的传函对比五、案例Case频率速度传函(m/s/N)频率速度传函(m/s/N)频率速度传函(m/s/N)频率速度传函(m/s/N)铝制正时罩壳悬置支架缸盖罩——刚度、模态、噪声HeadCover——Stiffness,Mode,NVHAnalysis内容主要技术指标罩壳类噪声分析EXCITE、Nastran、Sysnoise目的：通过改变罩壳样式、利用内隔板和加强筋，来降低缸盖罩噪声辐射。方法：EXCITE动力学计算阀系载荷、燃气压力载荷，计算表面辐射。结果：表面振动速度、加速度，辐射噪声。提高缸盖罩刚度的对比五、案例Case注：图片和数据不一定对应表面速度级对比频谱对比机油盘——刚度、噪声、螺栓预紧OilPan——Stiffness,NVH,BoltJointAnalysis内容主要技术指标罩壳类噪声分析EXCITE、Nastran、Sysnoise目的：通过改变机油盘样式、利用内置隔板和加强筋，来降低噪声辐射。方法：EXCITE动力学计算燃气压力载荷下计算表面辐射。结果：表面振动速度、加速度，辐射噪声。注：图片和数据不一定对应提高曲轴箱裙部刚度的对比五、案例Case表面速度级对比附件及支架——振动和强度分析AuxiliaryBracket——VibrationandStrengthAnalysis内容主要技术指标附件支架的振动和强度Nastran、EXCITE、ABAQUS为降低附件及其托架的振动，满足附件工作加速度或位移的环境要求，支架和连接方式等要保持足够的刚度。振动模型主要是发动机自身激励下的附件和支架振动加速度计算；强度模型考虑极限工况，包括螺栓、缸体等都要建模，求得应力和接触结果。注：图片和数据不一定对应五、案例Case附件加速度动力总成1000RPM声辐射结果point_1650.0055.0060.0065.0070.0075.0080.0085.0090.0095.00100020003000400050006000rpmdB(A)噪声辐射分析NoiseRadiation内容主要技术指标Nastran,EXCITE,LMSVirtualLab(Sysnoise)目的：确定辐射噪声大小和频率特征。结果：辐射声场、一米噪声、声传函等。FEMBEMATV结构FE模型结构网格动力学模型载荷结果模态参与因子模态结果声学网格场点网格ATV模态映射结果辐射结果场点声压面板贡献模态贡献五、案例Case悬置支架——零部件模态、强度MountBracket——ModeandStrengthAnalysis内容主要技术指标悬置支架强度和模态分析悬置布置载荷分析算法ABAQUS目的：解决悬置支架强度、螺栓轴力、缸体或变速器连接部位的优化和选点、安装可靠性、悬置NVH性能等。模型包括支架、悬置一半质量、螺栓、缸体或变速器等被连接体。结果:变形、应力、张开量、滑移量、模态等。应力集中和优化措施有限元模型模态分析和静力学分析悬置点布置五、案例Case注：图片和数据不一定对应变速器——壳体刚度、强度、连接Gearbox——BoxStiffess,Strength,BoltConnection内容主要技术指标变速器壳体刚度、变形、强度分析Romax,QBAQUS优化壳体刚度，减小变形，减小传递误差，降低变速器啸叫。在各档条件下，计算得到扭矩、啮合力、轴承力等载荷，评价变形、应力和动刚度。注：图片和数据不一定对应优化前后MF510J01结构型式优化后左端各轴承中心X方向动刚度对比应力五、案例Case变速器——传递误差分析Gearbox——TransmissionError内容主要技术指标传递误差分析Romax可计算传递误差，找出主导因素，控制修型，降低齿轮啸叫。结果主要是轴和轴承孔变形，不同负载下的拟合面积和重叠度等。注：图片和数据不一定对应4档工况下主减小齿轮接触斑点MF510D02变速器1档工况系统变形五、案例Case