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AVL EXCITE Piston ＆ Rings 软件学习交流 1.1 概述 EXCITE Piston ＆ Rings软件是AVL Workspace系统中的一个应用软件模块，为原GLIDE的升级版本，该系统具有常规的友好用户界面的模拟环境。模型通过使用通用的图形块编辑器而建立，用预制模板生成2D 曲线和3D 动画结果。图1-1给出了活塞组件的模拟模型。 图1-1 活塞组件模型 作为GLIDE的新版本，软件增加了一些新功能，主要有： （1）增加了润滑油种类的选择； （2）增加了燃气压力曲线或热力边界随转速变化的插值； （3）增加了便准报告输出； （4）增加了Crank train global对话框图片显示，如图1-2； （5）可定义多个活塞型线和缸套型线，选择使用。 图1-2 Crank Train Globals对话框及图片显示 EXCITE Piston ＆ Rings模块专门针对往复式内燃机活塞系统运动特性进行开发设计。软件可以进行高效的活塞运动分析模拟计算，不论是针对单体活塞还是复合结构活塞，都能进行特性分析，给出可信的结果。 软件中的解析公式认为活塞-缸套的分界面为块状质量，具有三个自由度。模型可模拟单体活塞或者复合式活塞，并加上刚性联结的连杆后，模型建立完成。活塞的运动由缸套来约束，关于三维的活塞-缸套相互作用关系，软件考虑了活塞和缸套在轴向和周向的形状。活塞轮廓线在径向方向上还具有弹性。在三维活塞-缸套相互作用仿真中，活塞和缸套视为集中质量，并考虑活塞和缸套表面的轴向和周向轮廓，以及活塞径向刚度。 活塞的运动受到气缸压力、惯性力、绕活塞销轴线的转动力矩、连杆的反作用力和摩擦力等的影响。对活塞动力学分析，软件能对燃烧运行的发动机活塞、活塞环、缸套组件进行二阶运动分析，获得活塞运动的动态成分：弹性接触力、摩擦损失和动能。因此，计算结果也显示了优化目标，如：降低摩擦损失和磨损、减小活塞敲击噪声、减小缸套穴蚀等。 在此基础上，可以进行活塞环的动态分析和机油消耗模拟分析。通过联结发动机结构强迫振动分析软件，还可进一步对活塞敲击噪声进行预测。 发动机活塞环的密封效果影响漏气量和机油消耗，为了实现优化设计目标，有必要对活塞环动力学进行精确分析。本软件可以精确模拟活塞环及环槽几何形状特性，对活塞环和活塞、缸套之间的动力润滑特性进行模拟分析，给出发动机在特定工况下活塞组件之间的相互作用情况，包括活塞环缸套之间的相互作用力、各环的油膜分布状况和油膜压力等；软件可以分析改进设计前后的活塞和活塞环，了解设计改进对机油消耗、漏气量和摩擦的影响。计算考虑了活塞径向运动和摆动、环惯性、活塞-活塞环-缸套之间的摩擦及燃气经环的迷宫窜入曲轴箱的气体流动等动载因素对环运动的影响。 1.2 模型假设 作为功能强大的计算分析软件，AVL EXCITE Piston ＆ Rings在计算时，进行了多项假设，具体如下： 对活塞动力学： （1）仅考虑在TS和ATS构成的平面中的活塞运动：仅列出该平面中的动力学方程； （2）曲轴恒速旋转：不考虑任何转速不均匀性造成的影响； （3）为简化模型，缸套、连杆和曲轴都是刚性的，绞连接间隙为零； （4）活塞和缸套多项式轮廓：用多项式来拟合表面，并进行插值； （5）径向弹性体活塞：仅考虑活塞在半径上的变形，用径向刚度来表明其在一定力作用下的变形； （6）活塞与缸套见阻尼力，取决于变形速度； （7）活塞/环侧/缸套间和连杆轴承处的摩擦系数，用Stribeck摩擦函数：与相对速度和方向有关的函数； （1-1） 式中：-摩擦系数； -动力粘度，Pa.s； A、B、C、D-相关系数。 对于中速柴油机，活塞/缸套间的摩擦函数，相关参数取值如下：A取0.057s/mm，B取0，C取1500mm/s，D取3.6e-006s/mm。 连杆大头处A取0，B取500，C取0，D取0。 连杆小头处A取0.5s/mm,B取0，C取200mm/s,D取2e-005s/mm。 （8）活塞环/缸套间摩擦力根据FVV的摩擦参数：与活塞直径、活塞轴向速度，运动方向、润滑油温度、燃烧压力 （1-2） 对活塞环动力学： （1）一般假设 在推力和反推力面同时计算； 沿轴向定常条件； 径向摩擦力和摩擦函数。 （2）考虑气体流动 与节流阀连接的容积系统的拟静态分析； 等热流动。 （3）考虑液体动力学 平面滑块； 牛顿流体特性； 图1-3 活塞环组近似容积系统示意图 图1-4 液体动力学雷诺方程示意图 液体流动的计算是基于平滑块的雷诺方程： （1-3） 式中：-机油粘度； -油膜