内燃机设计中的CAD

1、内燃机设计中的 CAD/CAE/CFD 技术作者：高宏阁 朱敬锋 李树花 程晓鸣一、前言造设计阶段以进行必要的修改，这样的设计过程不仅效率低，费用还高。甩图板CAD/CAE技术最为广泛。CAD AutoCAD、它们是真正的电子图板，随着软件业、计算机技术的蓬勃发展，大量三维 CAD 软件层出不穷，如 、Pro/E、SolidWorks、CATIA 等，它们卓越的参数化设计和基于特征设计功能受到广大内燃机设计工作人员的青睐。CAE/CFD CAE/CFD CAE/CFD 得到了广泛应用。图 1 某小型内燃机二、CAD 在内燃机设计中的应用内燃机中许多零部件的设计，如果采用传统手工设计方法很难满足

2、精度要求，而使用CAD 技术，尤其是三维 CAD 技术能直观表达、设计方便。在内燃机的计算机辅助设计中，实体造型是其中的重要过程。早期的 CAD 束后导入 CAE 分析得出结论之后，往往需要修改设计方案，现在由于参数化建模思想和基或 CAD 数据，特别是样件造型中有曲线、曲面时，很难通过测量获得准确的数据，以至于以采用三坐标法获得，而目前三坐标中又引入了 CAD Imageware UG等CAD 软件对数据进行处理，即可得到精确三维图。下面列举几个 CAD 方面的例子：三维测绘到 CAD 建模图 2 某小型冷却风扇三维测绘后实拍图内燃机冷却风扇 CAD 模型内燃机设计中的 CAD 建模图 3

3、某小型内燃机总装三维模型图 4 某摩托车消声器 CAD 模型三、CAE 在内燃机设计中的应用目前在国内的内燃机设计中广泛采用了 CAE 技术，但企业的重视程度却不高，尤其是一些中小发动机生产厂家，这不仅是由于 CAE 软件价格昂贵且全英文界面，更主要是对软它并不像 CAD 企业提要求，科研院所出方案。在国外，不论是概念设计阶段还是产品开发阶段，只要是产品设计就必须用 。这能力和产品成本等任何问题都会对企业造成非常大的影响，CAE 技术是帮助他们提高研发能力最具价值的投入。时，企业就会迫于市场压力而不断改良产品，CAE 在国内的应用也将更为普及与深入。CAE 技术在内燃机设计中的主要应用有：结构

4、强度分析足，以此来改进设计。像ANSYSMSC.NASTRANCAE软件都提供了极为方便快捷的分析手段。动力学仿真分析MSC.Adams 优秀的专业动力学分析软件。其他分析进行的仿真内容，绝大多数的大型有限元软件都能做以上分析。下面列举几个 CAE 方面的例子：内燃机设计中强度校核图 5 某小型发动机飞轮螺栓强度校核内燃机设计中的运动机构动力学仿真图 6 某小型内燃机运动机构动力学仿真图 7 相应的气门弹簧受力曲线 图 8 相应的凸轮与挺柱间接触力曲线内燃机设计中的零部件噪声分析图 9 某小型内燃机冷却风扇 3600rpm 时由于结构振动而辐射噪声的声压云图四、CFD 在内燃机设计中的应用随着

5、计算机技术和湍流理论的发展，CFD 即计算流体力学在研究和应用方面都取得了长足的进步。对于内燃机而言，它的进气、排气、冷却风扇、气缸等所有和流场密切相关的零CFD 技术在内燃机设计阶段被普遍采用。近年来，一些新的湍流模型和燃烧模型的提出使 CFD 在内燃机领域的应用更加深入， 5%CFD 是在最近五六年内才开始普及，积累经验还很少，还处于摸索阶段。下面列举几个 CFD 方面的例子：内燃机设计中某小型内燃机冷却风扇内流场分析图 10 某小型内燃机冷却风扇内流场速度云图内燃机设计中某小型内燃机进气道内流场分析图 11 某小型内燃机进气道内流场湍流强度云图内燃机设计中某小型内燃机消声器内流场分析图 12 某小型内燃机消声器内部声功率级云图五、内燃机设计中专用软件简介国外的一些内燃机技术服务公司如美国的 Gamma Technologies，英国Ricardo，比利AVL 都有自己的内燃机设计和仿真/这类软件往往价格昂贵，而目前通用 CAD/CAE/CFD 软件多数支持二次开发，因此国内的内燃机设计人员在资金不足情况下可以根据自身需要开发出属于自己的设计模块、设计模板，以求进一步缩短产品研发周期，提高工作效率。六、总结CAD/CAE/CFD 技术，而广大内CAD/CAE/CFD 软件为我们创新设计提供了很好的工具。这使迈上一个崭新的台阶。参考文献于建清，CAD在内燃机设计中的应用