发动机产品的疲劳耐久虚拟仿真技术
虚拟疲劳分析软件DesignLife应用案例
虚拟疲劳分析软件DesignLife应用案例作者：英国nCode国际有限公司林晓斌传统的汽车整车和零部件开发通常都通过产品在试验室中的台架耐久性试验，或试车场道路试验，以验证产品是否满足其设计目标，这一过程周期很长，成本很高，发现问题较晚。
在当今的产品开发中，汽车企业越来越多地应用虚拟模拟分析技术，在实物样机出来之前就对其进行疲劳耐久性预测，在设计的早期消除不合格的设计，并通过设计比较，挑选出好的设计。
实践证明，进行虚拟寿命分析，能大大加快产品的开发，减少试验的工作量，节省成本。
新一代CAE疲劳分析软件ICE-flow DesignLife是nCode公司的旗舰产品之一。
它不仅继承了已经在工程上得到广泛应用的FE-Fatigue的功能特点，而且在软件的使用方便性方面也有了极大的改进。
本文首先介绍虚拟寿命分析的一般步骤，然后将重点介绍在汽车零部件疲劳分析中应用DesignLife的几个案例，以帮助读者深入了解并把握虚拟疲劳分析中的一些要点和难点。
典型步骤疲劳分析是一项较为复杂的工作，通常需要分析者对所分析的问题，以及需要从分析中获得什么样的结果有一个深刻的理解。
通常所说的虚拟疲劳分析，指的是基于有限元分析结果的疲劳分析，就是将有限元分析结果，通常是应力应变结果，作为疲劳分析的一个主要输入。
通过一个疲劳分析模型，计算出零部件或结构表面的疲劳寿命分布，以帮助判断设计寿命是否达到，或进行寿命优化设计。
步骤如下：1. 选择一个合适的疲劳分析模型汽车疲劳分析中常用的分析模型有局部应力法、局部应变法、焊点疲劳分析法和焊缝疲劳分析法，另外还有较为复杂的Dang Van多轴安全因子法、振动疲劳分析和高温疲劳分析等。
不同的分析方法需要不同的有限元分析结果和材料性能输入。
2. 准备有限元分析结果一旦疲劳分析模型已经选择，那么需要什么有限元分析结果也将明确。
比如，局部应力或应变法通常需要应力结果，而焊点分析法则需要焊点单元的力和力矩。
航空发动机自主研制的加速器虚拟仿真技术资料
航空发动机自主研制的加速器虚拟仿真技术资料什么是虚拟仿真?虚拟仿真旨在提供一个强有力的数字建模与仿真环境，使产品的规划、设计、制造、装配、试验、维护等均可以通过计算机实现，为产品全生命周期的各个阶段提供支持，帮助企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、评价产品性能和制造可行性，达到产品开发周期与成本最小化、产品设计质量最优化以及生产效率最大化。
虚拟现实技术的发展与融入，为数字化仿真补充完善了人机工程学分析、沉浸式交互操作等关键技术;物联网、云计算、高性能计算机的发展，为虚拟样机可行性、可信度分析验证和远程异地协同提供了有力支撑。
为什么航空领域对虚拟仿真如此关注?先看个例子波音777整机设计、部件测试、整机装配以及各种适航标准环境下的试飞，均得益于虚拟仿真相关技术的应用，其开发周期从过去的8年缩短到5年，波音787进一步实现了全球协同虚拟制造。
更重要的是，虚拟制造极大地促进了波音公司飞机设计能力的提升。
·虚拟样机替代物理样机，使设计方案修改更加便捷、灵活。
·在产品研制过程中，虚拟样机实现了整机规模的评审、跨系统干涉检查，改变了传统的交流模式，提高了不同学科、不同部门、不同供应商之间的协同设计、评审的效率。
·变“后实物验证”为“先虚拟体验”，避免将设计缺陷带入后续研制阶段，大大减少反复更改活动，使设计一次成功成为现实，有效地降低了成本、缩短了研制周期。
虚拟仿真为航空发动机研制加速我们来看看航空发动机研制的周期和成本问题：01、客观周期长每一代发动机都要一步一个脚印，走过论证、设计、仿真、样机、定型、批产、使用、维护等多个阶段，这是航空发动机产品自主研制的客观规律。
02、过程反复多产品设计中的许多装配、性能问题往往要到样机制作才能暴露出来。
传统模式下，人们被迫通过物理样机的反复试制来优化设计方案，每一次“反复”消耗的都是“真材实料”，不仅面临时间和成本的严峻考验，还给设计方案的最优化带来了重重阻力。
航空发动机加工装调专用设备的虚拟现实与增强现实技术
航空发动机加工装调专用设备的虚拟现实与增强现实技术虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）和增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术是近年来迅速发展的前沿技术，它们在诸多领域都有着广泛的应用。
在航空发动机加工装调领域，虚拟现实和增强现实技术也可以发挥重要作用。
本文将就航空发动机加工装调专用设备的虚拟现实与增强现实技术进行详细阐述。
首先，我们来了解一下航空发动机加工装调专用设备。
航空发动机加工装调是航空工业中至关重要的一个环节，它涉及到对发动机零部件的加工、装配和调试等工作。
航空发动机加工装调专用设备是为了提高航空发动机加工装调的效率和质量，而专门研发的设备，它具有高精度、高效率、高自动化等特点。
然而，由于发动机的复杂性和装调操作的高要求，对操作人员的技能要求也非常高。
虚拟现实技术可以模拟出一个完全的虚拟环境，使操作人员能够在虚拟世界中进行训练、模拟操作。
通过戴着虚拟现实头盔，操作人员可以身临其境地感受到真实的工作场景，进行各种加工、装配和调试操作。
比如，操作人员可以使用虚拟手进行零部件的装配，通过虚拟显示器查看各种参数信息，模拟调试过程，实时监控装调效果等。
虚拟现实技术不仅可以提高操作人员的技能和熟练度，还可以减少操作失误，降低事故风险，提高工作效率。
增强现实技术则是将虚拟的元素叠加在现实世界中。
在航空发动机加工装调领域，可以通过AR技术将虚拟的装配路径、零部件信息等信息直接显示在操作人员的视野中，使得他们在操作过程中可以快速了解到相关的信息，提高操作的准确性和效率。
操作人员可以通过AR技术进行操作指导、纠正错误，实时监控装调结果等。
此外，AR技术还可以将实时数据与虚拟数据进行叠加，使得操作人员能够更好地理解和分析装调过程中的各种参数和指标。
虚拟现实和增强现实技术的结合可以进一步提升航空发动机加工装调的效果。
虚拟现实技术主要用于操作人员的训练和模拟操作，而增强现实技术则主要用于实际操作中的辅助和指导。
基于虚拟样机技术的货车车架疲劳寿命预估
基于虚拟样机技术的货车车架疲劳寿命预估【摘要】汽车车架是汽车底盘中主要的受力部件，承受着各种方向和形式的载荷，其主要的损伤形式是在交变载荷作用下发生的疲劳失效。
为了准确预测车架结构的疲劳寿命，将有限元分析与多体动力学仿真结合，建立了整车多体动力学模型，并根据中国路况进行仿真，得到相应的载荷谱；建立了车架的有限元模型并进行强度分析，在此基础上根据车架材料的疲劳性能数据和以上载荷历程利用有限元分析软件进行了车架的疲劳寿命分析，得到了车架的疲劳寿命分布情况以及容易发生疲劳失效的位置，结果表明，车架的强度和疲劳寿命均设计要求。
【关键词】车架；交变载荷；疲劳失效；多体动力学；有限元分析1.前言疲劳失效是引起机械机构失效的主要原因之一，其危险性表现在结构到达疲劳寿命时无明显征兆（显著变形）就会突然断裂。
因此，为了保证产品可靠的工作，合理的制定使用寿命至关重要[1]。
传统的分析方法采用对汽车零部件进行大量的台架试验和整车耐久性试验，不仅成本高、周期长，而且只能在样车制造出以后进行，对设计更改带来一定的难度[2]。
与基于试验的传统方法相比较，有限元疲劳仿真可以在设计阶段得到零部件表面的疲劳寿命分布情况，到疲劳寿命危险点，进而对产品进行优化，可以缩短产品的研发周期，降低成本。
车架作为汽车零件的重要组成部分，其功用是承担连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。
其抗疲劳性能直接影响车辆的安全性和可靠性，要求其具有足够的强度和适当的刚度且质量小。
本文以某中型双轴载货汽车为研究对象，综合利用ADAMS和Hypermesn 软件，分别建立其多体动力学模型和有限元模型，在虚拟环境中得到车架的疲劳寿命，为车辆的轻量化设计提供理论依据。
2.整车多体动力学模型的建立及载荷谱获取本文以北京汽车集团有限公司生产的某中型载货汽车为研究对象，该车满载试验质量为9360kg，长、宽、高依次为6740mm、2128mm和2300mm，轴距为3800mm。
机械制造中的虚拟仿真技术有何应用
机械制造中的虚拟仿真技术有何应用在当今高度发达的工业领域，机械制造正经历着一场深刻的技术变革。
其中，虚拟仿真技术作为一项创新的手段，正逐渐在机械制造的各个环节发挥着至关重要的作用。
虚拟仿真技术是什么呢？简单来说，它是一种利用计算机模拟真实世界的技术。
在机械制造中，通过建立数学模型和物理模型，虚拟仿真技术能够在计算机中重现机械产品的设计、制造、运行和维护等过程。
首先，在产品设计阶段，虚拟仿真技术就展现出了巨大的优势。
以往，设计师们只能依靠图纸和经验来构想产品的外观和性能。
但有了虚拟仿真技术，他们可以在计算机中创建三维模型，直观地看到产品的每一个细节。
不仅如此，还能对产品进行各种性能测试，如力学性能、热性能、流体性能等。
比如，在设计一款汽车发动机时，工程师可以通过虚拟仿真技术模拟发动机在不同工况下的运行情况，提前发现可能存在的问题，如零件磨损、过热等，并及时进行优化设计。
这样一来，大大减少了后期的修改和返工，缩短了产品的研发周期，降低了成本。
在制造工艺规划方面，虚拟仿真技术同样有着出色的表现。
制造过程中的每一个步骤，如切削、焊接、装配等，都可以在虚拟环境中进行模拟。
通过分析模拟结果，工艺工程师可以优化工艺参数，选择最合适的刀具、夹具和加工路径。
例如，在数控加工中，通过虚拟仿真可以提前预测刀具的轨迹和切削力，避免碰撞和过切现象，提高加工精度和效率。
虚拟仿真技术在生产过程的优化中也发挥着关键作用。
它可以模拟整个生产线的运行情况，包括物料流动、设备运行、人员操作等。
通过对这些因素的分析，企业可以发现生产过程中的瓶颈环节，进行合理的布局调整和资源配置。
比如，一家工厂发现某条生产线的物料运输效率低下，通过虚拟仿真分析，发现是运输路径不合理导致的。
经过优化运输路径，生产效率得到了显著提升。
对于设备的维护和维修，虚拟仿真技术也带来了新的解决方案。
通过建立设备的虚拟模型，可以模拟设备的故障情况，为维修人员提供培训和演练的机会。
《2024年基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》范文
《基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》篇一一、引言随着铁路运输的快速发展，机车车体结构的可靠性和耐久性成为了研究的热点。
为了更好地了解机车车体在运行过程中的力学性能和疲劳损伤情况，本文基于多体动力学和有限元法，对机车车体结构进行了疲劳仿真研究。
该方法不仅可以对机车车体的静态和动态性能进行准确分析，还能预测其在复杂工况下的疲劳寿命，为机车的优化设计和维护提供理论依据。
二、多体动力学在机车车体结构分析中的应用多体动力学是一种研究多个物体相互作用的力学方法，在机车车体结构分析中具有广泛的应用。
通过建立机车的多体动力学模型，可以模拟机车在运行过程中的动态性能，包括振动、冲击等。
这些动态性能对机车车体的结构强度和疲劳寿命有着重要的影响。
在机车车体结构分析中，多体动力学方法可以用于以下几个方面：1. 建立机车的运动学模型，分析机车的运动规律和动态性能；2. 考虑机车各部件之间的相互作用，分析车体的受力情况和变形情况；3. 预测机车在复杂工况下的疲劳寿命，为机车的优化设计和维护提供依据。
三、有限元法在机车车体结构疲劳分析中的应用有限元法是一种常用的数值分析方法，在机车车体结构疲劳分析中具有广泛的应用。
通过将车体结构划分为有限个单元，可以分析车体在各种工况下的应力分布和变形情况，进而预测车体的疲劳寿命。
在机车车体结构疲劳分析中，有限元法可以用于以下几个方面：1. 对车体进行详细的网格划分，建立有限元模型；2. 施加各种工况下的载荷和约束，分析车体的应力分布和变形情况；3. 通过疲劳分析，预测车体在不同工况下的疲劳寿命；4. 对车体结构进行优化设计，提高其耐久性和可靠性。
四、机车车体结构疲劳仿真研究的方法和步骤基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究，一般包括以下几个步骤：1. 建立机车的多体动力学模型和有限元模型；2. 对模型进行验证和修正，确保其准确性；3. 施加各种工况下的载荷和约束，进行动态性能分析；4. 通过有限元法分析车体的应力分布和变形情况；5. 进行疲劳分析，预测车体的疲劳寿命；6. 根据分析结果，对车体结构进行优化设计。
航空发动机数值仿真
汇报人：2023-12-01•引言•航空发动机基础理论•数值仿真方法•航空发动机数值仿真模型•数值仿真结果分析•结论与展望•参考文献目录引言研究目的和背景目的提高航空发动机的性能、可靠性和耐久性，降低维护成本，缩短研发周期。
背景航空发动机是一种复杂的热力机械系统，涉及高温、高压、高转速等极端条件下的流体动力学、热力学、材料力学等多学科领域。
研究现状和发展趋势研究现状数值仿真技术已成为航空发动机设计的重要手段，通过建立数学模型、利用计算机软件进行分析和优化。
发展趋势随着计算能力的提升，数值仿真技术将更加精细、准确，涵盖更多物理效应和影响因素，为发动机设计提供更全面的指导。
航空发动机基础理论航空发动机工作原理压缩过程涡轮膨胀空气经过压气机进行压缩，提高其压力和温度。
高温高压气体经过涡轮膨胀，驱动涡轮旋转。
吸入空气燃烧室尾喷管航空发动机通过涡轮风扇或压气机将空气吸入。
燃料与压缩后的空气混合并点燃，产生高温高压气体。
燃气在尾喷管中继续膨胀，以高速排出，产生推力。
压气机用于压缩吸入的空气。
燃烧室燃料与空气混合并点燃。
涡轮驱动转子旋转，消耗燃气中的能量。
尾喷管将燃气以高速排出。
推力航空发动机产生的力，通常用牛顿表示。
马力航空发动机产生的功率，通常用马力表示。
比油耗单位重量的燃料产生的推力，通常用克/牛顿表示。
涡轮进口温度燃烧后涡轮前的温度，通常用摄氏度表示。
数值仿真方法有限元法定义有限元法是一种将连续的求解域离散化为有限个单元体的数值方法。
应用范围广泛应用于结构力学、热传导、流体动力学等领域。
特点能够处理复杂形状和边界条件，对多物理场耦合问题有较好的适应性。
有限差分法是一种用差分近似代替微分的方法，将连续的求解域离散化为网格。
定义主要用于解决偏微分方程和积分方程。
应用范围简单直观，易于编程实现，适用于解决规则的问题。
特点定义有限体积法是一种将连续的求解域离散化为有限个控制体积的方法。
应用范围广泛应用于流体动力学、传热学等领域。
207-应用CAE方法构建虚拟疲劳耐久性试验台
应用CAE方法构建虚拟疲劳耐久性试验台漆鹏廷王革郭一泛亚汽车技术中心有限公司应用CAE方法构建虚拟疲劳耐久性试验台Durability Test on Visual Test RigUsing CAE Method漆鹏廷王革郭一(泛亚汽车技术中心有限公司)摘要:后桥在道路试验中，发生局部开裂现象. 由于道路试验和台架试验花费的时间都比较长,不利于多种方案的比较. 为此如果应用CAE方法构建一个虚拟台架试验台, 在虚拟台架上再现真实台架上裂纹开裂过程,将有利于快速高效地解决问题. 这也可以为以后在做台架试验前, 应用CAE分析的方法, 考核哪一种试验方法能再现道路上的裂纹. 同时, 这也可在设计阶段对车架进行耐久性考核提供手段. 本次分析应用FE-Fatigue软件成功构建一个虚拟台架试验台, 进行改进方案的虚拟验证, 最终帮助解决开裂问题.Abstract: Rear axle cracked in proving ground. Proving ground and real rig test are disadvantage on every improvement case validation because much time will be spent onit. If using CAE method, this problem could be solved. In this analysis, an imitation of a real test rig is built using CAE tools. On visual rig, test is performed, and key areas that easily fail ed can be founded.关键词: 后桥, 道路试验, 台架试验, 疲劳耐久性, 裂纹Key words: Rear Axle, Proving Ground, Rig Test, Durability, Crack1 概述某款车型的后桥在道路试验过程中裂纹发生开裂. 由于道路试验和台架试验花费的时间都比较长,不利于多种方案的比较. 而且目前有多种常用的台架试验,哪一种更能反映在道路试验的破坏过程,这需要很强的经验知识才能作出一定的判断,而且容易产生错误. 但如果用CAE方法构建一个虚拟台架, 在这个虚拟台架上进行疲劳耐久性试验, 这不仅可以快速高效地进行方案比较, 而且可以帮助选择一个正确的台架试验方式. 它还能在设计阶段, 在没有物理样件的情况下, 进行台架试验,找到结构设计的薄弱环节, 为结构设计提供帮助.2 物理试验本次试验是在实际解决问题的基础上, 选择做了一个标准的台架试验. 在试验的过程中, 提取相关的数据, 用于校核虚拟试验台.2.1 试验简介试验中,固定所有与车身相连接的点,主要有:横拉杆与车身连接点,左右摇臂与车身连接的点, 左右减振弹簧与车身连接的点,左右阻尼弹簧与车身连接的点. 在左轮心施加1g 的向上静止载荷, 在右轮心施加2g的向上循环载荷. 同时输出左右减振弹簧和左右阻尼弹簧的反力, 用于校核后面的分析结果.2.2 试验结果通过上面的试验主要得到三方面的结果: 试验开裂次数, 裂纹开裂位置(见图1). 左右减振弹簧和左右阻尼弹簧载荷曲线(见图2).图1 开裂位置图2 约束反力输出结果3 CAE 虚拟试验根据以上的物理台架试验,在其他CAE 软件和FE-Fatigue 软件平台上构建如图4所示的CAE 虚拟台架. 约束所有的与车身相连接的点. 在左轮心施加1g 的向上静止载荷, 在右轮心施加2g 的向上瞬态循环载荷. 同时输出左右减振弹簧和左右阻尼弹簧的反力.3.1加载步骤Step1.约束车身固定点Step2.在左轮心施加1g 的向上静止载荷 Step3.在右轮心施加2g 的向上瞬态载荷LoadLoadLeft Spring Back Right Spring Left Damper Right Damper3.2 输出瞬态动力学分析结果关键区域的应力,位移和时间关系.左右减振弹簧和左右阻尼弹簧的反力与时间关系3.3 分析结果验证通过与测试结果的比较,校核分析结果的可信度,见图3.通过比较可以看出CAE 输出的载荷曲线与实测的载荷曲线比较一致.图3 输出的载荷曲线与实测的载荷曲线4 疲劳耐久性分析MSC.Software 公司的FE-Fatigue 软件提供了强大的疲劳耐久性分析的工具包,里面还包含众多的材料数据库, 这些都是能够获得可信的工程分析结果, 所要求的必须的前提条件. 同时, 输出的后处理结果丰富多样, 而且直观可视,有助于及时准确地发现问题,解决问题.这些都是作者选择应用FE-Fatigue 软件来完成本次分析任务的原因.4.1 材料的选择在FE-Fatigue 中施加循环载荷,选择疲劳材料特性:SAE1008_91_HR, E:2.07E5, YieldStrength:253Mpa.4.2 分析类型选择E-N 分析类型Right Spring Back Left Spring BackForce(N) Time(s)Force(N)Time(s)4.3 分析结果运行FE-Fatigue,得到如图4所示的关键危险点.得到最小寿命循环次数。
航空发动机涡轮叶片材料疲劳寿命模拟分析
航空发动机涡轮叶片材料疲劳寿命模拟分析1. 引言航空发动机是飞机的心脏，其性能和可靠性直接关系到飞机的安全和运营成本。
而发动机涡轮叶片作为发动机的核心部件之一，用于承受高温高压气流的冲击和旋转负载，其材料的疲劳寿命特性对于发动机的运行和维护具有重要意义。
在发动机的设计和生产过程中，对涡轮叶片材料的疲劳寿命进行模拟分析，可以有效预测其寿命，加强产品性能和安全性。
2. 背景疲劳是材料在交替载荷作用下所产生的损伤，是站在工程实践上理解和认识材料性能和寿命的一个重要问题。
对于涡轮叶片等高强度零件而言，其在高温高压等恶劣环境下长时间运行，很容易产生疲劳损伤。
因此，对于涡轮叶片材料的疲劳特性研究和寿命预测，对于发动机生产和使用的过程具有重要意义。
3. 涡轮叶片材料的疲劳寿命模拟方法3.1 疲劳寿命估算方法根据疲劳寿命估算原理，可以选择基于应力水平的估算方法或者基于试验数据的估算方法。
针对涡轮叶片等复杂结构和工况，基于有限元方法的疲劳寿命估算方法具有比较高的准确度和适用性，也是当前研究涡轮叶片材料疲劳寿命最为有效的方法之一。
3.2 有限元分析方法有限元分析是目前最为广泛使用的计算机仿真分析方法之一，可以通过离散化、求解和后处理等过程，模拟大量工程问题的复杂物理场。
对于疲劳寿命分析而言，有限元分析方法可以直接基于实际工况模拟受力分布和变形情况，从而通过应力-循环寿命曲线和损伤积累特性，计算出涡轮叶片的疲劳寿命。
3.3 循环寿命分析循环寿命是材料在交替载荷作用下出现裂纹和断裂之前的循环次数。
在涡轮叶片材料疲劳寿命模拟中，通过循环寿命分析可以获取涡轮叶片材料的循环寿命，从而评估其使用寿命和寿命损伤程度。
4. 涡轮叶片疲劳寿命模拟分析实例为了更深入地了解涡轮叶片材料的疲劳特性和模拟分析过程，以下是一个典型的实例。
4.1 问题描述某型号涡轮叶片，材料为热压熔结镍基合金，叶片尺寸为长80毫米，宽22毫米，厚度3毫米。
叶片常温下的静态强度为1100MPa，材料的疲劳极限为310MPa。
虚拟仿真技术在航空发动机研发中的应用
虚拟仿真技术在航空发动机研发中的应用第一章虚拟仿真技术在航空发动机研发中的重要性虚拟仿真技术是一种以计算机技术为基础的模拟仿真方法，通过构建数字模型来模拟和预测物理系统的行为。
在航空发动机研发中，虚拟仿真技术具有重要的应用价值。
首先，虚拟仿真技术可以实现对航空发动机的整个生命周期进行全面细致的分析和优化，从设计阶段到制造、试验和运行阶段都可以使用虚拟仿真技术进行模拟。
其次，虚拟仿真技术可以大幅度缩短航空发动机研发周期和成本，提高研发效率和品质。
最后，虚拟仿真技术还可以降低研发过程中的风险，减少试验和测试的需求，提高安全性和可靠性。
第二章虚拟仿真技术在航空发动机设计中的应用虚拟仿真技术在航空发动机设计中发挥着重要作用。
首先，虚拟仿真技术可以对不同设计方案进行比较和评估，以确定最佳设计方案。
通过建立准确的数学模型和物理模型，可以模拟和预测航空发动机的性能指标，如燃烧效率、推力、燃料消耗和噪音等。
其次，虚拟仿真技术可以进行流动场和热场的分析和优化，以提高航空发动机的热效率和气动性能。
最后，虚拟仿真技术还可以进行结构分析和振动分析，优化航空发动机的结构设计，提高强度和寿命。
第三章虚拟仿真技术在航空发动机制造中的应用虚拟仿真技术在航空发动机制造中也具有重要应用。
首先，虚拟仿真技术可以实现数字化制造，提高制造过程的精度和效率。
通过虚拟仿真技术，可以对航空发动机的零部件进行数字建模和装配仿真，评估装配工艺和质量控制措施的合理性和有效性。
其次，虚拟仿真技术可以进行工艺优化，提高生产线的效率和自动化水平。
最后，虚拟仿真技术还可以进行制造仿真，分析制造过程中的各种不确定因素和制造误差对航空发动机性能的影响。
第四章虚拟仿真技术在航空发动机试验中的应用虚拟仿真技术在航空发动机试验中也能够发挥重要的作用。
首先，虚拟仿真技术可以辅助设计试验方案，减少实验次数和成本。
通过建立精确的数值模型，可以对试验方案进行仿真计算，预测试验结果，优化试验参数，提高试验效率和准确度。
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加强发动机可靠性开发的必要性： 1、可靠性水平是客户对产品最基本的要求 2、发动机是汽车心脏、科技含量最高，能代表企业产品水平。 3、提升发动机的质量、口碑；增强竞争力。 4、增强相关核心技术的自主研发能力。 5、发动机的可靠性也是制约公司产品自主研发的主要瓶颈之一。
意义
发动机开发技术基本可分为三个主要领域：性能开发、 可靠性开发与NVH开发。 可靠性（耐久性）是现代质量保证的核心 可靠性性能仍然是最基本、最关键的问题，可靠性性能没有解决好，就谈不上高质量。
疲劳寿命计算方法
S-N (全寿命险部位的应力 集中系数和名义应力，结合疲劳累积损伤理论，校核疲劳强度或计算疲 劳寿命
E-N (局部应力应变法) 结合材料的循环应力应变曲线，通过弹塑性有限元分析或其他计算方法， 将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱，然后根据危 险部位的局部应力应变历程估算寿命。
Results ------Temperature (degree) : 20. 80. 100. Min. clearance (mm) : 0.028 0.046 0.052 Max. clearance (mm) : 0.045 0.062 0.068 Min. relative clearance : 6.453E-04 1.048E-03 1.183E-03 Max. relative clearance : 1.012E-03 1.415E-03 1.549E-03 Relative clearance mean value : 8.286E-04 1.232E-03 1.366E-03 Min. diameter-oversize (mm) : Max. diameter-oversize (mm) : Measuring-stresses (N/mm2) : 0.085 0.099 135.8 0.058 0.072 0.049 0.063
必要性
产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，也是管理出来的。产品可靠性设计与分 析过程是产品实现可靠性过程的关键环节，它决定着产品是否能够满足“三个定”(规 定时问、规定条件和规定能力)的要求，并为后续过程(维修性、保障性、可信性等)提 供依据，同时也影响着提供给顾客的产品质量是否符合市场的要求并获得顾客满意。
第四期发动机产品开发模拟仿真与疲劳耐久技术高级培训班
发动机产品的疲劳耐久虚拟仿真技术
一 二 三
疲劳（耐久性）工程技术概论（0.5h） 发动机可靠性(耐久性）仿真技术介绍（6.5h） 发动机可靠性（耐久性）开发工程实例（1h）
疲劳的概念
在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或 完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程。
e
e
The crack initiation life here . . . . . is the same as it is here . . . . . if both experience the same local strains
S-N与E-N的比较
Total Life = Crack Initiation + Crack Growth
snom
The life of this . . . . . . . . . . . . . . . . is the same as the life of this . . . . . if both are subject to the same nominal stress
E—N
应变寿命分析法，裂纹萌生法 应变-寿命法预测寿命最常用于汽车行业 实际上，裂纹形成即意味着裂纹发展有1-2 mm 宽， 通常占零件寿命很大成分 许多汽车零件设计为在使用时处于塑性应变。由于SN基本上忽略塑性，因此用E-N方法更为合适
循环应力-应变曲线
疲劳损伤发展机理
疲劳失效常发生于零件表面。 疲劳失效起始于微裂纹并对应力变化敏感。 疲劳研究包括从滑移带微裂纹形成到弹塑性连续体裂纹扩展全过程。
形成微裂纹因素: 材料金相杂质裂纹或疏松 表面划痕或加工刀痕 腐蚀坑或晶粒位错 铸造疏松 锻造或成形材料交叠 表面层易脆裂
疲劳累积损伤理论
2.9 配气机构及凸轮轴
2.10 MT飞轮及AT驱动盘 2.11 前端轮系
2.12 悬置支架
轴瓦计算流程
AVL-EXCITE-DESIGNER
配合分组数据
轴瓦参数 工 作 温 度
轴颈参数
轴孔参数
测量座参数
冷热态轴承间隙计算 校核轴瓦预紧设计参数
轴承间隙计算结果文件，如：SHELL_CB01L.RPT
－－美国试验与材料协会ASTM （ASTM E206-72）
在美国已经得到确认，由于产品的疲劳问题所引起的损失占国民生 产总值的4％ 左右(约1200亿美元). 中国机械工程手册在第6章“结构疲劳强度设计”中指出：机械零构 件80％以上为疲劳破坏，因此对于承受循环载荷的零构件都应进行疲劳 强度设计。
疲劳耐久性管理技术集成
---测试与分析相关 联提高了分析设计 优化的精确度。 ---产品设计阶段的 早期疲劳寿命评估 可以更快地生产出 更好的产品。 ---基于服役环境的 实际描述可以进行 分析疲劳设计优化。
一体化耐久疲劳分析
可靠性
发动机的可靠性始于故障研究，对于稳定生产的一批发动机，发生故障的时间具有统 计规律性，即发动机发生故障的时间t是服从某一分布函数f(t)的随机变量。用物理方法和 数理统计方法对发动机的故障、失效模式、影响因素及其规律进行分析，得出其故障分布 规律，是发动机可靠性研究的主要内容之一。 进行可靠性评估的依据是零件应力和材料抗力二者的概率分布情况。发动机是由 许多零件、部件及总成组合而成的一个“系统”。系统的可靠性不但取决于组成该系 统的零部件的可靠度，而且还取决于各零部件之间的相互关系。
雨流记数法
疲劳分类
按研究对象分为材料疲劳和结构疲劳 材料疲劳：以标准试样为对象，研究材料失效机理、化学成分和微观组织影响。 结构疲劳：以 零部件及整机为对象，研究疲劳性能、疲劳设计、形状尺寸及工艺因素影响。 按循环次数分为高周疲劳和低周疲劳 高周疲劳：应力远低于材料屈服极限，Nf大于10E5～10E7次 低周疲劳：应力接近或超过屈服极限，Nf少于10E4～10E5次 按应力状态不同分为单轴疲劳和多轴疲劳 单轴疲劳：只承受单向正应力或单向切应力。 多轴疲劳：多向应力作用下的疲劳。 按载荷幅度和频率分为恒幅疲劳、变幅疲劳和随机疲劳 按载荷工况和工作环境分为： 常规疲劳、高低温疲劳、机械疲劳、热疲劳、热机疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲 击疲劳。
S—N
也称为名义应力法或全寿命法 估算构件突然失效的全寿命 基于材料S-N曲线计算疲劳寿命 广泛应用于外加应力名义上在材料的弹性范围内，而且材料的失效循环次数很高。
Stress Amplitude
U nno t ched S ha ft
N o t ched S ha ft
s nom
Life in Cycles
所谓损伤，是指在疲劳过程中初期材料内的细微结构变化和后期裂纹的形成和扩 展。当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一个循环都使材料产生一定的损伤，每一 个循环造成的平均损伤为1/N.这种损伤是可以累积的，n次恒幅载荷所造成的损伤等 于其循环比C＝n/N。 1）、Miner线形疲劳累积损伤理论 ∑ni/Ni=1 2）、相对Miner理论 ∑ni/Ni=Q（Q与载荷谱型、作用次序及材料的分散性有关）
系统可靠性分配
常见发动机零部件的故障(或寿命)分布规律有指数分布、正态分布、对数正态分布和 威布尔分布。 在一个机械系统中，各组成零部件的可靠度大不相同，为提高各零部件可靠性 所花费的成本也不相同，因此在可能的条件下最好的可靠性分配方法是列出可靠性 分配的成本目标函数及约束条件，按最优化方法求解。 目前，还是按零件的重要程度分配可靠度。若要使70%的发动机在大修期内不发生任 何零部件损坏事故，为达到这个整机可靠性的目标，又按零部件重要程度提出以下三种要求 ：98%的发动机在大修期内不发生关键零件的损伤，或不发生关键性的故障；95%的发动机在 大修期内不发生重要零件的损坏；75%的发动机不发生一般零部件的损坏或故障。
性能
NVH
可靠性
一 二 三
疲劳（耐久性）工程技术概论（0.5h） 发动机可靠性(耐久性）仿真技术介绍（6.5h） 发动机可靠性（耐久性）开发工程实例（1h）
二
发动机可靠性(耐久性）仿真技术介绍（6.5h）
2.1 发动机五类螺栓的分析校核 2.2 主轴承轴瓦与连杆轴瓦 2.3 活塞组件 2.4 连杆 2.5 曲轴 2.6 主轴承座 2.7 缸体缸盖一体化 2.8 排气歧管及进气歧管
最小间隙 最大间隙 最小相对间隙 最大相对间隙 相对平均间隙
疲劳强度与疲劳寿命
1、疲劳强度的大小用疲劳极限来衡量： 所谓疲劳极限就是指在一定循环特征R下，材料或构件可以承受无限 次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力Smax； 2、疲劳寿命是疲劳失效时所经受应力或应变的循环次数N。 3、任何一个疲劳寿命分析方法都包含三部分的内容：材料疲劳行为 的描述，循环载荷下结构的响应，疲劳累计损伤法则。
疲劳学科奠基人 1850 德国工程师 WÖHLER 首次对疲劳进行了深入系统的试验研究， 设计出第一台疲劳试验机，提出S-N曲线和疲劳极限的概念，确定了应力 幅是疲劳破坏的主要因素。公认的疲劳奠基人。
Wohler’s Railway Component Test Rig
一些基本定义
Haigh Diagram
十条发动机可靠性评定原则 (1)要求发动机运行达到标准中所规定的小时数才能进行评定 (2)首次故障时间及平均故障时间(小时数)。 (3)试验中的校正额定净功率、最大校正净功率、最大校正扭矩及燃油消耗率的 变差不应超过4％ 。 (4)在全负荷额定转速下，机油／燃油比不超过0．3％ (5)全负荷最大活塞漏气量Bmax (L／min)不得超过限值 。 (6)发动机不得漏油、漏水、漏气。如油水混合、散热器气胀，且空气不得渗入 负压系统。 (7)零部件不应有断裂、裂纹和过大的变形影响可靠性或功能。对断口应进行分 析。 (8)摩擦副的磨损应在正常范围内。 (9)摩擦副工作表面贴合部位应正常。 (10)根据零部件表面上的沉积物、漆未(varnish)及油泥，分析零部件工作温度、 机油品质等。