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有限元多体仿真与优化在某气门机构中的应用 孙先国1,2 （1，同济大学汽车学院；2 ，舍弗勒集团发动机部） 摘要：对某发动机气门机构建立了混合刚体-弹性体的参数化非线性有限元模型，进行了弹性动力 学计算。通过回归方程对模型进行了优化，降低了摇臂的质量，在保证摇臂强度的同时改善了凸 轮-滚子的接触性能，从而降低了磨损，提高了耐久性。 关键词：气门机构，有限元法，多体，回归优化 The application of FEM multi-body simulation and optimization in a valve train Sun Xianguo1,2 (1, Automobile Academy, Tongji University; 2, Engine Dept., Schaeffler Group) Abstract: Run an elasto-dynamic analysis of a valve train with parametric nonlinear rigid-flexible FEM model, then optimized the model by regression equation. the mass of lever are reduced, and the contact performance between cam and roller is improved when the strength of lever is safe at the same time, so the fatigue durability is improved and the wear of cam and roller decreased. Key words: Valve train, FEM, multi-body, regression optimization 看作是多刚体动力学框架内的推广，绝对坐标法实际 1 前言 上是一种有限元法，通过有限元网格离散的同时计算 以往的气门机构分析，多是将气门机构系统简化 部件的刚体运动和变形（应力），而且可以直接计算弹 [1-5] 成单质量或多质量集总参数模型 ，然后进行运动学 性体之间的接触-冲击及滑动，这是假设模态法难以做 和动力学分析。这种方法的优点是建模方便，计算快 到的。理论上非线性有限元的工具都有可能用来进行 速，理论分析方便。另一种方法是将部件看成没有变 多体动力学分析。 形的刚体，并通过自由度耦合将各部件联接起来，组 有关用集总参数法或多刚体模型和假设模态法的 [6-7] 成一个多刚体系统 。通过矢量力学或分析力学，建 刚-弹耦合模型的气门机构动力学计算例子已经有很 立起规则统一的动力学方程组并求解。 多，但应用非线性有限元法对气门机构进行弹性动力 [8-10] 随着气门机构向轻量化和高速化方向发展 ， 分析尚十分少见相关的文献。 部件的柔度和惯性力加大，部件的弹性变形可能给气 ABAQUS 是一款基于非线性连续介质理论的通 门的运动输出结果带来误差，因此有必要计入这种变 用非线性有限元软件，本文试图在ABAQUS 软件的 [11] 形对计算精度的影响 。计入变形的影响后，也能够 基础上，建立起适合计算气门机构的混合刚体-弹性体 在计算出动力学响应的同时得到部件的应力谱。 非线性有限元动力学模型。 目前比较流行的包含弹性