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第1章　复杂结构的功能分解与特征建模9

1.1　结构功能与特征建模9

1.1.1　功能的定义9

1.1.2　功能的特点9

1.1.3　由“功能”而统一的“特征”定义10

1.1.4　基于功能分解的特征建模法11

1.2　基于功能分解的内燃机复杂零部件特征建模12

1.2.1　基于功能分解的气缸盖特征建模12

1.2.2　基于功能分解的机体特征建模12

1.3　本章小结16

参考文献16

第2章　结构有限元计算离散误差分析与应用17

2.1　有限元离散误差特性理论17

2.1.1　概述17

2.1.2　局部误差与全局误差的求解18

2.1.3　局部误差与全局误差影响因素的研究19

2.1.4　协调有限元误差的三个推论23

2.2　基于光滑位移场的应力恢复方法及自适应收敛策略25

2.2.1　概述25

2.2.2　基于光滑位移场的应力恢复方法25

2.2.3　H型自适应方法的收敛策略研究29

2.3 关键零部件数值仿真离散误差控制应用研究33

2.3.1　概述33

2.3.2　气缸盖有限元计算离散误差的收敛性分析33

2.3.3　涡轮模态有限元计算离散误差的收敛性分析37

2.3.4　螺栓螺纹有限元计算离散误差的收敛性分析39

2.3.5　连杆有限元计算离散误差的收敛性分析42

2.3.6　活塞机械应力计算中的收敛分析44

2.3.7　曲轴有限元计算中的收敛性分析46

2.4　本章小结51

参考文献52

第3章　零部件模态计算建模与分析53

3.1　考虑应力刚化、旋转软化等因素的涡轮模态计算53

3.1.1　概述53

3.1.2　恒温、零速状态涡轮叶片的自由振动方程54

3.1.3　考虑应力刚化影响的涡轮叶片振动方程54

3.1.4　考虑旋转软化效应的涡轮叶片振动方程57

3.1.5　考虑旋转软化效应的三维振动方程有限元列式57

3.1.6　材料参数、工作温度对涡轮叶片模态特性的影响58

3.1.7　涡轮模态计算实例59

3.2　摩擦接触条件下组合结构的模态分析60

3.2.1　概述60

3.2.2　复杂结构接触组合刚度理论分析60

3.2.3　接触状态下的组合结构模态研究62

3.2.4　接触状态下的内燃机整机模态应用研究65

3.3　基于模态方法的高精度高效建模技术研究71

3.3.1　概述71

3.3.2　利用模态试验／计算相关性研究验证计算模型精度72

3.3.3　利用“精细模型”进行动力学计算模型的验证76

3.3.4　内燃机结构动力学模型修正的实现82

3.4　本章小结88

参考文献88

第4章　微动作用的有限元计算与分析90

4.1　微动问题理论90

4.1.1　微动的基本概念90

4.1.2　微动问题的研究方法91

4.1.3　微动损伤力学分析92

4.2　上曲轴箱横隔板微动问题研究93

4.2.1　实验故障分析93

4.2.2　简单平面模型94

4.2.3　上曲轴箱横隔板微动问题平面有限元分析98

4.2.4　上曲轴箱横隔板微动问题三维有限元分析99

4.2.5　结构改进102

4.3　连杆大头端微动问题数值分析104

4.3.1　计算模型的建立104

4.3.2　计算结果分析106

4.3.3　微动作用影响因素的讨论108

4.4　本章小结110

参考文献110

第5章　曲轴系统扭振计算与分析111

5.1　引言111

5.2　轴系扭振模型的建立111

5.2.1　扭振微分方程的建立111

5.2.2　激振力矩简谐分析113

5.3　扭转振动理论求解115

5.3.1　扭振自由振动计算115

5.3.2　强迫振动计算116

5.4　扭振计算分析软件的开发119

5.4.1　图形化建模方法的实现119

5.4.2　扭振计算与分析软件的开发122

5.5 内燃机曲轴系统扭振特性计算分析125

5.5.1　自由振动计算与分析126

5.5.2　强迫振动计算与分析126

5.6　扭振中的变惯量问题研究129

5.6.1　变惯量理论求解129

5.6.2　变惯量扭振模型130

5.6.3　实例应用研究132

5.7　气缸熄火对扭振特性的影响研究134

5.8　扭振中的灵敏度分析及结构动力学修改问题研究136

5.8.1　固有频率对惯量和刚度的灵敏度计算136

5.8.2　固有频率的结构动力学修改137

5.8.3　扭振模型的参数调整和扭振计算138

5.9　本章小结138

参考文献139

第6章 曲轴动力学有限元计算与分析140

6.1 引言140

6.2 曲轴系动响应分析模型的建立140

6.2.1　实体及有限元网格模型140

6.2.2　基于弹性模量温控法的时变等效支撑刚度的模拟141

6.2.3　采用“单元生死”技术模拟非纯旋转件时变惯量142

6.2.4　载荷及边界条件的施加147

6.3 曲轴系动力学响应结果分析148

6.3.1　计及轴向／扭转振动耦合效应对计算结果的影响148

6.3.2　时变惯量的精确模拟对响应计算结果的影响151

6.3.3　支撑刚度模拟方式对计算结果的影响152

6.3.4　不同转速下曲轴动态位移／应力结果对比153

6.4　本章小结154

参考文献155

第7章　机构运动学动力学分析156

7.1 引言156

7.2　多体动力学理论分析基础157

7.2.1　多刚体动力学理论157

7.2.2　多柔体动力学理论157

7.3　运动机构多体动力学模型的建立158

7.3.1　多刚体系统仿真模型158

7.3.2　多柔体系统仿真模型160

7.3.3　主轴颈滑动轴承润滑模型161

7.3.4　约束和载荷的施加163

7.4　运动学及动力学特性计算与分析164

7.4.1　主要运动件的运动学特性分析164

7.4.2　曲轴齿轮的动力学分析166

7.4.3　曲轴的动力学分析167

7.4.4　连杆载荷计算168

7.5　本章小结169

参考文献169

第8章　整机结构声辐射数值建模与分析170

8.1 引言170

8.2　柴油机结构声辐射分析的理论基础170

8.2.1　结构动力学相关理论170

8.2.2　结构声辐射相关理论基础173

8.3 内燃机结构辐射噪声产生机理175

8.4 中低频域内燃机声场分析模型的建立175

8.4.1　建立整机振声分析的结构模型176

8.4.2　建立整机振声分析的声学流体模型176

8.4.3　整机结构声辐射问题的求解182

8.5　整机结构近、远场声辐射计算结果183

8.5.1　整机结构表面及外场声压级和声强分布结果183

8.5.2　声辐射功率和辐射效率结果187

8.5.3　部件及主要声辐射表面对声学结果的贡献188

8.6　结构声学优化实例191

8.7　局部流域对声场仿真结果的影响193

8.7.1　包含局部流域的整机声学模型的建立193

8.7.2　计算结果对比与分析193

8.8 面向设计的内燃机结构声学优化技术196

8.8.1　样机总体方案设计和先期研究阶段197

8.8.2　样机工程设计、试制和试验阶段198

8.9　本章小结200

参考文献201