[发明专利]发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法

说明书

本发明公开了一种发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，包括步骤：S1、建立正时罩盖初始方案有限元模型；S2、对正时罩盖初始方案有限元模型进行模态分析计算和频率响应分析计算；S3、对正时罩盖初始方案有限元模型进行振动响应优化；S4、建立正时罩盖的拓扑结构；S5、建立正时罩盖的1D壳单元模型并进行形貌优化；S6、基于振动响应优化及形貌优化结果云图，得到正时罩盖优化方案；S7、正时罩盖优化方案，建立正时罩盖优化模型，并进行模态、频率响应分析和局部优化校核。本发明的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，可以帮助设计人员在兼顾性能的前提下获得正时罩盖结构轻量化的设计方案，加快产品开发速度。

技术领域

本发明属于发动机轻量化设计技术领域，具体地说，本发明涉及一种发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

目前，发动机作为当今的主要动力机械，人们在追求重量更轻、功率更大、振动噪声更小的发动机。而正时罩盖类的薄壁件作为发动机上最大的对外辐射噪声源，因此要具有较好的刚度和强度以降低正时罩盖的辐射噪声非常重要。

现有技术中正时罩盖的设计多采用类比或对标的方法，在正时罩盖结构出现振动大、噪声大等问题时，往往采取整体加强的办法，这使得发动机质量越加越大。同时，罩盖不同部位的结构应力状态差异较大，没有充分发挥材料的承载能力，不符合轻量化设计的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，目的是实现兼顾正时罩盖辐射性能的前提下使得正时罩盖结构满足轻量化要求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，包括步骤：

S1、建立正时罩盖初始方案有限元模型，所述正时罩盖初始方案有限元模型包括壳体部分和初始加强筋部分，所述初始加强筋部分填充在设计空间内，所述设计空间为所述正时罩盖初始方案有限元模型所在坐标系内允许布置加强筋的空间；

S2、对正时罩盖初始方案有限元模型进行模态分析计算和频率响应分析计算；

S3、对正时罩盖初始方案有限元模型进行振动响应优化，得到加强筋分布模型；所述振动响应优化以所述壳体部分表面的响应加速度为输出约束条件，以正时罩盖一阶模态频率为约束，以构成所述加强筋的材料的体积在所述设计空间内所占的体积比最小为优化目标；

S4、根据拓扑分析结果云图，确定所述正时罩盖初始方案有限元模型的初始加强筋部分在所述设计空间的构造，并据此建立正时罩盖的拓扑结构；

S5、建立正时罩盖的1D壳单元模型并进行形貌优化；

S6、基于所述振动响应优化及形貌优化结果云图，得到正时罩盖优化方案；

S7、所述正时罩盖优化方案，建立正时罩盖优化模型，并进行模态、频率响应分析和局部优化校核。

所述步骤S2包括：

S201、提取所述正时罩盖初始方案有限元模型；

S202、通过有限元软件，计算正时罩盖的约束模态；

S203、通过在正时罩盖初始方案有限元模型上的螺栓安装点上施加随频率变化的单位载荷激励，计算正时罩盖初始方案有限元模型的各响应点的法向振动结果。

所述步骤S3中，对所述正时罩盖初始方案有限元模型进行拓扑分析，对所述正时罩盖初始方案有限元模型进行拓扑分析包括：

S301、对所述正时罩盖初始方案有限元模型创建拓扑优化区域；