一種內燃機活塞有限元裙部空間節點投影方法
2023-10-10 02:01:24 1
專利名稱：一種內燃機活塞有限元裙部空間節點投影方法
技術領域：
本發明屬於計算機圖像處理和虛擬計算領域，具體涉及內燃機活塞有限元模型中裙部空間節點的處理方法。
背景技術：
在現代內燃機設計過程中，為了提高設計的可靠性以節省時間及減小實驗失敗率，常使用CAE技術，即計算機輔助工程。CAE軟體有NASTRAN，ABAQUS等。通過CAE的前處理軟體對三維幾何模型進行離散化，建立有限元模型，然後進行數值仿真計算，也就是虛擬計算。在對內燃機活塞進行虛擬計算時，由於CAE的前處理軟體對三維幾何模型進行離散化時，精度不夠，導致內燃機活塞裙部節點與實際加工後的活塞存在嚴重失真，而又由於活塞裙部與缸套的接觸對活塞受力影響巨大，特別是對熱膨脹後的活塞影響將更加嚴重， 因此，活塞裙部節點的失真會嚴重影響活塞的力學響應應力、應變和位移結果。目前，通常的虛擬計算中，並未對活塞裙部節點進行處理，只是將它作為一個簡單的圓柱面，同時，將活塞裙部與缸套間的接觸忽略，這樣做的結果是其虛擬計算結果與實際存在很大差距。實際上，活塞裙部為一個複雜的桶形面結構，一般地，其橫截面為橢圓，其縱向面為母線是一個高次連續可導曲線。因此，如何修正有限元模型中的裙部節點使其與實際複雜桶形面相吻合便成為虛擬計算中的關鍵技術。
發明內容
本發明成功地將活塞與缸套的接觸引入活塞的有限元分析中，主要解決了活塞有限元模型裙部節點與活塞裙部空間曲面一致的問題。本發明的技術方案如下
一種內燃機活塞有限元裙部空間節點投影方法，設定有限元模型坐標係為垂直向上為 Z軸，活塞短軸方向為Y軸，活塞長軸方向為X軸，坐標原點為活塞裙部最底面中心，所述方法包括以下步驟
第一步，給出活塞裙部的縱向形線，即直徑削減量diametercutl與活塞高度height的函數
dianietercitl = f (height)
第二步，給出活塞裙部的橫向形線，即直徑削減量diametercUt2與角度angler的函
數
第三步，求活塞裙部任意節點的直徑diameter 第三步，求活塞裙部任意節點的直徑(diameter)，如圖2。
diameter = r/. -cliametercitl -diametercitl = ci. - flfieiohi) ~F(mmler) 式中rf；；為活塞名義直徑(如圖2)
第四步，求出每個活塞裙部節點的角度和高度。利用原有限元模型中節
第二步，給出活塞裙部的橫向形線(如圖2B)，即直徑削減量(diametercut2 )與角度 (angler)的函數
式中Cl5為活塞名義直徑；
第四步，求出每個活塞裙部節點的角度和高度利用有限元模型中節點的坐標值進行求解；
第五步，將每個活塞裙部節點坐標投影在桶形面上
採用上述方法，可以更好地保證有限元模型中的裙部節點與實際複雜桶形面相吻合。
圖IA是活塞坐標系的X軸和Y軸示意圖； 圖IB是活塞坐標系的X軸和Z軸示意圖2A是活塞縱向形線示意圖； 圖2B是活塞黃向形線示意圖； 圖3A活塞裙部節點投影示意圖A; 圖3B是活塞裙部節點投影示意圖B; 圖4是某活塞裙部節點投影后等高圖。
具體實施例方式以下敘述中，有限元模型坐標係為垂直向上為Z軸，活塞短軸方向為Y軸，活塞長軸方向為X軸，坐標原點為活塞裙部最底面中心，參見圖IA和圖IB。第一步，給出活塞裙部的縱向形線(如圖2A)，即直徑削減量(diametercutl)與活塞高度(height)的函數點的坐標值進行求解。例如某節點坐標原為(36.0，15.0，13.5)，其角度為 atan(15. 0/36. 0)=7. 907degree，其高度為 13. 5mm
第五步，將每個活塞裙部節點坐標投影在桶形面上，如圖3所示，
例如某節點坐標原為(36. 0，15. 0，13. 5)，投影后坐標為
圖4為某活塞裙部節點投影后等高圖。
權利要求
1. 一種內燃機活塞有限元裙部空間節點投影方法，設定有限元模型坐標係為垂直向上為Z軸，活塞短軸方向為Y軸，活塞長軸方向為X軸，坐標原點為活塞裙部最底面中心，所述方法包括以下步驟第一步，給出活塞裙部的縱向形線，即直徑削減量diametercutl與活塞高度height的函數第二步，給出活塞裙部的橫向形線，即直徑削減量diametercut2與角度angler的函數第三步，求活塞裙部任意節點的直徑diameter 式中為活塞名義直徑；w第四步，求出每個活塞裙部節點的角度和高度利用有限元模型中節點的坐標值進行求解；第五步，將每個活塞裙部節點坐標投影在桶形面上
全文摘要
一種內燃機活塞有限元裙部空間節點投影方法，所述方法包括一、給出活塞裙部的縱向形線；二、給出活塞裙部的橫向形線；三、求活塞裙部任意節點的直徑；四、求出每個活塞裙部節點的角度和高度；五、將每個活塞裙部節點坐標投影在桶形面上。該方法可以有效解決活塞有限元模型裙部節點與活塞裙部空間曲面一致的問題，更好地保證有限元模型中的裙部節點與實際複雜桶形面相吻合。
文檔編號G06F17/50GK102169522SQ20111012111
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者司慶九, 詹樟松 申請人:重慶長安汽車股份有限公司