FFT方法在发动机缸套变形评价中的应用-e-works制造业信息化门户.PDFVIP

发表于e-works 网站 FFT 方法在发动机缸套变形评价中的应用 司浩南 1 前言 众所周知，随着科技的发展，尤其是近一二十年，在工业制造业领域针对产品性 能的评估主要通过试验和有限元技术来实现，尤其针对结构复杂的机械设备，有 限元技术的应用尤为重要。 发动机是汽车的心脏，为汽车的行使提供动力，汽车的动力性、经济性、环保性， 也主要取决于发动机的各项性能参数。发动机缸套变形乃是评价发动机结构性能 的重要指标，变形值直接影响了发动机的燃油经济性和排放水平。 2 测量和评价缸套变形的方法 目前测量和评价缸套变形主要通过试验和有限元分析两种手段实现。而无论 是试验还是有限元分析，我们直接得到的均是缸套的综合变形。然而具有实际工 程意义的则是经过FFT 快速傅立叶变换后的各阶次变形。 发动机汽缸孔在不同截面的形状包括各种各样不同的几何图形，反映了汽缸 孔在受力状态下的变形程度。我们一般把这个形状改变了的“近似圆” 其凹进及凸 出的拐点看成是其“标准圆” 的边界点。以这个“标准圆” 的中心为坐标中心建立极 坐标系，并用极坐标公式来研究汽缸孔变形。汽缸孔边界点相对于极坐标中心的 变化公式表示了该点变化的大小。因此在缸孔变形中，运用傅立叶变换法把复杂 的变形转化为2 阶，3 阶，4 阶等有规律的阶次变形的形式，更合乎提取信息进 行研究及分析的要求。 试验方面 目前主流采用德国的V-INCOMETER 测量系统，对变形后的缸套采点取样，通过自 带软件，对测点进行统计分析。 有限元分析方面 由于物理试验比较复杂，国外众多发动机研发单位大量的采用有限元方法对缸套 变形进行评价。 缸体 CAD 模型 缸体CAE 网格模型 缸体有限元分析变形结果云图 缸套FFT 展开各阶变形结果 3 FFT 方法在缸套变形分析中的应用 FFT-快速傅立叶变换，在各类研究领域都有广泛的应用，在缸套变形分析领域，它 可以将复杂的缸孔综合变形，分解成一系列规则的缸孔变形轮廓。 引起缸套变形的因素很多，通过研究FFT 分解后的各阶变形，可以找到相应的导致变 形过大的原因，从而起到指导优化缸体结构设计的目的。 目前，一部分研究人员认为，研究缸孔变形，需要重点关注的是4 阶以内的变形， 另外一部份研究人员建议 5 、 6 阶变形也需要关注。国外研究论文认为，引起 3 阶变 形的主要原因是加工质量不理想，引起 4 阶变形的主要原因是过大的上紧力矩。 2 阶 变形导致缸孔形状呈椭圆形， Scheider 认为 2 阶变形与活塞环相对于缸套壁的垂直度 有关。所有这些变形都能够减少但是不可能完全消除，因此，我们需要一个各阶次的变 形限值来判定气缸孔的变形是否在合格的范围内。 （此段摘自论文《气缸孔变形及其对 发动机的影响研究 》，作者杨剑） 4. 有限元工具软件中实现FFT 傅立叶变换功能 有限元技术的应用大量的减少了物理样机试验的次数。为了更好的研究缸套变 形，首先借助ABAQUS，ADVC 等非线性求解器，对装配状态下的发动机机体进行结 构分析，得到缸套变形结果。之后利用专业的有限元后处理软件对结果进行处理。 TSV-Post 是一款通用有限元后处理软件，可快速方便的读取大规模模型结果文 件。根据日美汽车发动机研发单位的需求，针对缸套变形分析开发了FFT 快速傅 立叶变换功能。将缸套总体综合变形分解为各阶次变形，帮助工程师找到引起变 形的主因。 TSV-Post 中FFT 功能，替代了传统手工提取大量数据样本点，人工编程，分解 结果处理的复杂操作，实现了操作流程的自动化。具有革命性的意义。 （1）导入有限元分析结果 （2）选取目标面, 输入提取数据的层数和点数 （3）定义傅立叶展开阶次，结构提取阶次 （4 ）输出各阶变形结果 总变形云图 第一层各阶次变形