LMSVirtual.LabMotion发动机解决方案

LMS虚拟发动机多体动力学仿真解决方案。实验室 目录 1

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征..............................................................4 3 LMS虚拟。实验室运动软件.................................................................8 4 LMS虚拟。实验室发动机模拟解决方案..........................................................14 4.1

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概

述

介

绍..........................................................................................14 4.2发动机的特殊功能模块......................................................................17 4.2.1考虑质量的螺旋弹簧建模.................................................17 4.2.2转速表和燃烧装置...................................................................17 4.2.3凸轮接触面定义..................................................................................18 4.2.4液压间隙调节装置........................................................................18 4.2.5弹性液压轴承.......................................................................19 4.2.6

活塞润滑......................................................................................19 4.2.7正时链条(皮带)变速器..........................................................................20 4.2.8

齿

轮

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1 LMS虚拟。实验室虚拟仿真平台

LMS虚拟。实验室虚拟实验室为功能质量工程提供了集成解决方案提供了一个集成软件包来模拟机械系统的质量属性，如结构完整性、振动和噪声、耐用性、系统动力学、乘坐舒适性和操纵稳定性等。虚拟实验室。实验室包括所有关键的工艺步骤和所需的技术，并且可以在进行昂贵的处理和物理测试之前，从头到尾评估每个关键属性。使用LMS虚拟。实验室中，设计部门可以快速有效地分析多个设计方案，主要从关键质量属性的角度进行设计方案的选择。虚拟实验室。实验室基于达索公司的PLM开放式软件平台CAA V5，具有完全嵌入的Catia计算机辅助设计建模功能。 ？结构分析软件包-虚拟。实验室结构

LMS虚拟。实验室结构分析使我们的设计工程师能够基于CATIA V5完成有限元网格的预处理分析。计算机辅助设计数据和分析数据的参数化是完全相关的。作为虚拟的数据格式。实验室和中航工业完全一致使用Virutal。实验室结构，我们可以随时直接修改计算机辅助设计

的几何参数，分析结果会自动相应改变。这样，可以节省设计和分析工程师的大量时间，并且可以消除CAD和CAE数据之间不相关的问题。该软件已在空客和波音公司得到广泛应用。？多体分析软件包-virtual . lab motion

LMS virtual . lab运动学和动力学软件用于模拟各种机械系统的实际运动和负载它使工程师能够快速分析和优化其机械设计的实际运动，并确保设计方案与进行物理测试之前的预期结果相同。参数化的应用模板和优秀的求解器进一步提高了虚拟样机设计的效率。 ？疲劳分析软件包-虚拟实验室耐久性

LMS虚拟实验室耐久性软件可帮助工程师预测相关部件和子系统的疲劳热点和疲劳寿命它将动态分量载荷与结构的有限元模型和材料的信噪比曲线结合起来。耐久性后处理模块帮助工程师从危险区域获得反馈，并了解疲劳问题的根本原因，从而快速评估多种设计方案。LMS公司使系统级耐久性分析成为可能，并在 实施

？声学分析软件包-virtual.lab声学

LMS sysnoise技术的突破大大加快了声学模拟的速度-在许多情况下快了100倍通过将SYSNOISE技术集成到LMS虚拟环境中。实验室，LMS创造了世界上第一个声学质量工程环境，从概念开发到通过使用虚拟模型的设计修改，最后到基于测试的验证。 ？振动和混合模拟-虚拟。实验室NVM

使用LMS虚拟。实验室NVM模块读取每个组件(或声路)的动态模型

(有限元模型、模态测试模式、测试传递函数)，在图形界面上交互定义每个组件之间的装配点，并将每个组件模型装配成系统级模型。装配点可定义为刚性连接、随频率变化的弹簧阻尼装置等。基于FRF(或模态)子结构综合技术，求解系统级模型上响应点与激励点之间的FRF，从而求解强迫振动(噪声)响应，其求解规模和时间远小于传统有限元模型。？优化设计软件包-虚拟实验室优化

LMS虚拟实验室可为单属性和多属性优化提供一套强大的优化功能。通过实验设计和响应面建模技术，工程师可以快速检测满足需求的所有设计方案。先进的优化算法，包括6西格玛方法，被用来分析鲁棒性和可靠性。

2 LMS虚拟。实验室运动引入

LMS虚拟。Lab Motion是基于计算多体系统动力学建模理论和计算方法研究而设计的，专门用于模拟机械系统的真实运动和载荷，可作为力学教学的辅助工具。它为快速创建和改进多体模型、有效重用CAD和有限元模型以及快速、重复地模拟和评估各种设计方案的性能提供了有效的方法工程师可以在早期开发阶段使用灵活可调的模型进行概念运动学和动力学研究，并在后续阶段结合测试数据进行更具体的评估。

用户通过软件用户交互界面输入描述机械系统的最基本数据，软件建立复杂机械系统运动学和动力学编程的数学模型，并采用嵌入式计算方法处理数学模型和数值积分方法自动进行编程处理，得到运动学规律和动力学响应同时

可以实现有效的数据后处理，并通过动画显示、图表等方式提供数据处理结果总之，LMS虚拟。实验室运动可以帮助工程师评估复杂机械系统的真实性能，为结构分析、耐久性和振动噪声研究提供准确的载荷，还可以在原型测试之前分析和优化机械系统的真实性能。简单的机械建模

LMS虚拟。实验室使工程部门能够快速创建和改进虚拟原型模型通过LMS虚拟。实验室运动，用户可以从零开始创建概念模型，导入CAD零件和组件，或使用现有的多体模型。高性能设计功能加速了组件的组装和建模。创建运动副时，需要连接的零件会自动连接在一起当修改组件的大小时，LMS虚拟。实验室运动会自动更新整个系统？基于CATIA V5实体建模器的单组件设计？海量数据、连接和边界条件与几何图形

？提供与中国航空航天工业协会、DEAS国际航空航天公司、专业工程公司、通用电气公司等主流计算机辅助设计软件包的接口？轻松导入LMS DADS和理学硕士。ADAMS模型

模拟真实性能

LMS虚拟。实验室运动提供了所有工具来准确模拟系统在真实负载条件下的性能用户可以轻松地从机构模型库中选择单元，并精确地模拟摩擦、重力、弹簧刚度、间歇接触、部件弹性和其他物理量。LMS虚拟公司预测的运动和内部载荷。实验室运动是指导部件、连接件、发动机和致动器设计的基本条件。稳定且高性能的

解算器确保即使最复杂的动态问题也能得到准确及时的处理？基于LMS DADS求解器，以其准确性和稳定性而闻名？包括运动学、动力学、准静态和预载分析？计算力、位移、速度和加速度

的显示和解释

以不同显示形式显示的模拟结果使同事和用户能够准确地开发设计并做出正确的工程决策。同步二维映射和三维动画显示力和加速度的极值与机构的位置直接对应。特殊的后处理功能可以帮助工程师轻松识别并有效解决工程问题

？基于详细CAD模型的碰撞检测？运动包络和力矢量的动画显示？动画显示组合位移和应力

快速模型验证

LMS虚拟。lab motion软件提供了有效且重复的关联和验证过程它具有调整模型参数值的功能，并且可以通过定义更复杂的建模单元来推进模型的设计深度。通过将测试数据与仿真模型相结合，可以提高模型的质量。当参数改变时，LMS虚拟。实验室动态自动更新所有相关分析结果，并管理所有必需的数据操作

有效设计空间探索

LMS虚拟。实验室运动可以对不同的设计选择和不同的步骤以高度自动化的方式执行完整的运动模拟过程虚拟实验室。实验室动态消除了管理任务，避免了错误，并支持自动连续分析不同的参数设置无缝地贯穿整个运动模拟过程这些自动化参数分析使工程师能够快速探索设计空间。

3 LMS虚拟。实验室运动软件功能

1) LMS虚拟。实验室运动基于Catia V5平台，具有完整的计算机辅助设计建模能力

能力。它是市场上唯一一款将CATIA和机械系统分析完全集成的多体动力学分析软件。

在LMS虚拟环境中构建模型时。实验室运动，工程师可以直接导入或建立不同零件的详细的计算机辅助设计模型或几何框架，创建组件之间的约束和连接关系，并确保整个系统的运动性能可以得到正确的描述。之后，工程师通过考虑机构的动态特性进一步定义模型及其边界环境，以准确预测系统中的时域负载。此时，除了定义部件之间的力，如刚度、阻尼、接触和摩擦、重力、质量、惯性等。也给出了。力的施加可以通过一系列的数学模型来实现，如弹簧力、阻尼力、衬套力和与周围环境密切相关的接触力。简单的力单位如基本弹簧和复杂的力单位如精细轮胎等。

2)深入精细建模，独特的刚柔耦合分析功能

基本多体模型建立后，可通过更详细的应力描述进行细化。例如，当一个结构的刚性不足以被认为是刚体时，工程师可以用柔性体来描述该结构。结构在大的外载荷作用下的变形可以通过预先计算模态振型来获得。模态数据可以通过结构本身的模拟或导入的外部试验数据获得。作为介质的长柔性体，例如

悬挂稳定杆或风力涡轮机叶片，可以自动分解成多个梁的组合结构，以计算结构在负载下的总非线性变形。虚拟实验室。实验室运动多体动力学软件有各种复杂机械模型的详细建模模板，如轮胎力、衬套力、弹性体接触、齿轮接触、梁、发动机、燃烧负载、液压轴承、空气动力学等。

虚拟。实验室运动独特的刚柔耦合分析功能直接将网格划分为虚拟网格。实验室用全球定位系统模块和编辑网格用

。计算结构模型还可以驱动Nastran和Ansys在后台求解结构模型，可以准确方便地将有限元模型与刚体模型耦合起来，形成刚柔混合多体动力学模型。

3) LMS虚拟。Lab Motion具有强大的接触分析功能

具有丰富的接触类型，可满足工程需求，快速解决复杂的接触问题除了定义各种接触类型(如点到点、点到延伸和延伸到旋转)之外，通过为复杂几何实体之间的接触定义有效的接触表面，还可以极大地提高接触分析的效率。

支持刚性接触、刚柔接触和软接触的建模和仿真。

4) LMS虚拟。lab motion solver将经典的分析力学解法与自递归解法 和第二种

相结合。我们知道，对于具有大量重复对象的机构，自递归求解器具有求解速度快、解稳定的优点然而，经典的分析力学求解器对于具有复杂拓扑结构的机构具有优势。伦敦金属学会虚拟解决方案。Lab Motion将经典的解析力学求解方法和自回归求解方法合二为一，取长补短。在保证精度的同时，大大提高了各种复杂机械系统的求解速度。

60050040013002001000

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[秒]9000008000070000600005000040000030000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000工程师可以轻松改进原始设计，使结构满足目标性能要求，包括载荷和应力指标等。

LMS虚拟。实验室动力系统 LMS虚拟。实验室 Motion

LMS虚拟。实验室计算机辅助设计接口 LMS虚拟。实验室有限元驱动程序 LMS虚拟。实验室声学 LMS虚拟。实验室耐用性

LMS虚拟。实验室多学科仿真平台

结合LMS虚拟。实验室运动，LMS虚拟。虚拟实验室。实验室声学执行从多体到声学的发动机系统级建模和模拟。所有数据通过软件平台自动转换，大大节省了建模时间。可以快速评估各种设计

发动机模拟流程从多体到声学系统级别

4.2引入特殊发动机功能模块 4.2.1螺旋弹簧建模考虑到其自身质量

PDS提供螺旋弹簧建模单元螺旋弹簧单元建立的模型能够准确捕捉实际工程应用中弹簧元件的复杂动态行为，特别是在汽车气门机构系统中。弹簧的分布质量的特征在于由约束对连接的柔性体。任何螺旋轨道都可以用来形成蜂窝、圆锥等

高级螺旋弹簧 圆丝多弧丝

4.2.2转速表和燃烧单元

曲柄连杆机构模块支持各种直列式和v型曲柄连杆机构的建模和仿真转速计和燃烧装置的结合可以使燃烧负荷的预处理和后处理过程简单易懂。当前曲柄角度和转速(转/分)可由转速计单元测量。燃烧单

元涉及燃烧压力表面数据燃烧爆发压力可以通过输入燃烧室气体压力数据施加到活塞、气缸和气门机构。 燃烧单元 &转速表

4 . 2 . 3凸轮接触面定义

在模板中定义气门机构建模参数，并自动创建和装配气门机构多体动力学模型凸轮机构模块可以将现有的气门运动数据转换成凸轮轮廓数据凸轮接触单元根据凸轮轮廓数据直接产生平滑的接触表面精确模拟凸轮接触过程。 凸轮触点

4.2.4液压间隙调节器

液压间隙调节器用于避免气门机构中的过度间隙和磨损类似的机构 也用于正时传动系统，以保持皮带或链条上的稳定张力，从而避免不希望的振动。 液压间隙调整 设备(HLA/HVL) 宽度活塞长度

HOU高

4.2.5弹性流体动压轴承

弹性流体动压轴承模块使用户能够分析流体动压径向轴承在对准和未对准情况下的性能常见的应包括发动机曲柄连杆机构中的轴颈轴承，如:主轴颈、曲柄销和十字头销轴承。在求解过程中，弹性动压轴承模块获得轴承内高度非线性的油膜压力分布，并将其分解为力和力矩，与周围结构的振动耦合根据细节层次，模型算法分为三个层次:阻抗法(解析解)；油膜有限元网格法和实际弹流法其中，实际弹性流体力学方法是最先进的，并支持Nastran和Ansys网格的定义。为了便于使用，该模型已无缝集成到LMS虚拟环境中。实验室环境 在机构的有限元油膜网格中可视化。例如，在径向轴承的真实位置上以重叠包装的形式 弹性液压轴承 (EHD)

4 . 2 . 6活塞润滑

活塞润滑模块使用户能够分析在油膜中滑动的对中或不对中活塞的动态行为。可以预测作用在活塞和气缸壁之间的力，并将其施加到每个移动部件上。在求解过程中，通过求解油膜方程来预测高度非线性的压力分布，并将其分解为作用在两个 ±

分量上的力。压力分布是间隙和间隙的一阶导数的函数，并且与油的粘度有关。这种更详细的建模方法的应用可以提高发动机仿真和系统级负荷预测的准确性。

4.2.7正时链条(皮带)传动

PDS包含链条和皮带传动系统建模模块，集成了链条和皮带建模和仿真所需的许多工具和特征库，使得创建详细的链条和皮带传动系统模型的过程更加方便。同步带模块能够创建和模拟由一条或多条皮带组成的皮带驱动系统同步链条模块能够创建和模拟由滚子链和倒齿链组成的链条传动系统附件驱动模块能够创建和模拟三角皮带驱动系统，这可以在发动机的前端附件驱动系统中看到。这个附加的驱动模块提供了在前端附件驱动系统中自动创建多楔带系统模型的能力。

4 . 2 . 8齿轮传动

通过齿轮建模模板，可以自动完成汽车、地面车辆、风力发电机或一般机械产品中斜齿轮或直齿轮系统的定义和仿真，并预测齿轮系统的动态行为和作用于各部件的载荷。通过对齿轮接触力的定义，可以研究齿轮系统中的间隙或可变啮合刚度对整个机械系统的影响，并进一步探究齿轮呜呜声和齿轮异响等噪声问题的根源

可以将齿轮系统组合成一个更大的系统模型来研究整个系统的响应并做出准确的负荷预测。这些载荷可用于后续的结构分析、振动和噪声分析、疲劳分析和其他领域。例如，观察齿轮载荷如何通过箱体结构传递，并从箱体结构产生声音辐射

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