[发明专利]一种基于遗传算法的活塞环型线设计方法

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的活塞环型线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)首先，根据发动机的运行参数得到活塞环的工况，并根据所需要计算的全生命周期长度，确定生命周期计算步长；2)建立活塞环型线与全生命周期长度的摩擦磨损之间的关系；3)建立活塞环型线的活塞环的环高、型线偏移率、桶面高度与活塞环型线之间的关系；最后，使用遗传算法确定全生命周期长度中摩擦磨损最低的型线参数。本申请将雷诺方程的求解条件由基于压力场迭代更改为基于分界点迭代，基于分界点迭代计算压力场的速度要远高于传统的高斯塞德尔迭代法，实际测试中可能达到上千倍的速度差距，因此改进后的方法可适用于遗传算法。

技术领域

本发明涉及活塞环设计领域，具体地说，特别涉及到一种基于遗传算法的活塞环型线设计方法。

背景技术

在活塞环设计领域中，活塞环的型线设计是一个重要的部分。型线会影响活塞环与缸套之间的摩擦磨损情况。活塞环在整个发动机运行周期720度中的润滑工况在随时发生变化。同时，在整个活塞环的生命周期中，随着磨损的进行，活塞环的润滑工况也会发生变化。

因此，要获得活塞环全生命周期全运行周期的摩擦磨损状况，就要进行大量的雷诺方程的求解工作以供设计人员评估不同型线对应的活塞环—缸套摩擦副的摩擦磨损状况。

上述雷诺方程的求解是基于雷诺边界条件的雷诺方程，其要求计算得到的压力不能小于0。在迭代过程中，将计算得到的压力直接置为0，那么迭代终点的压力自动为要求的解。这种方法存在如下的缺点：

1.速度慢，完成一次型线评估的周期过长。进而导致几乎不可能运用此算法进行基于遗传算法等工具的活塞环型线设计。

2.这种算法得到的只是相应差分方程的近似解而不是精确解，且无法判定相应的差分方程是否存在满足条件的准确解，这使得原有算法无法提示由网格过粗而可能带来的差分方程无解的错误。由于误差的存在，导致活塞环的型线参数无法达到实际上的最优。

3.另外采用现有方法获得活塞环全生命周期全运行周期的摩擦磨损状况，需要耗时几个月，导致研发周期过长。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于遗传算法的活塞环型线设计方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于遗传算法的活塞环型线设计方法，包括如下步骤：

1)首先，根据发动机的运行参数得到活塞环的工况，并根据所需要计算的全生命周期长度，确定生命周期计算步长；

2)建立活塞环型线与全生命周期长度的摩擦磨损之间的关系；

首先，设活塞环的初始状态角度为0度，求解雷诺方程并根据结果计算活塞环型线在第一个运行周期内的最小油膜厚度，根据所述油膜厚度计算下一个角度的油膜厚度；由于发动机运行周期为720度，当运行到720度的油膜厚度与0度相同时，认为油膜厚度收敛；根据所述720的油膜厚度，即可计算出整个运行周期内活塞环的摩擦磨损；

然后，根据所述活塞环的摩擦磨损，得到下一个活塞环运行周期的活塞环型线磨损状况、以及磨损后的活塞环型线型线；

重复上述过程，直到活塞环全生命周期计算完毕；

3)建立活塞环型线的活塞环的环高、型线偏移率、桶面高度与活塞环型线之间的关系；最后，使用遗传算法确定全生命周期长度中摩擦磨损最低的型线参数。

进一步的，所述雷诺方程的求解基于分界点迭代，其具体过程为：

准备步骤：提供发动机的运行参数，提取出油膜压力中油膜压力小于0和油膜压力大于等于0的分界点；