YT3105柴油机排气凸轮型线随机法优化设计及排气机构动力学计算开题报告
2020-02-20 09:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
能源问题，一直是人类面临的一大难题。发动机作为能源消耗的主要动力设备，出于对节能等方面的考虑，人们对发动机性能要求日益提高，因此对内燃机的一重要部件—配气机构的要求也越来越高。进气凸轮是内燃机配气机构的重要组成部分，其型线优化已成为配气机构优化的重要途径。凸轮型线优化是在满足发动机整机性能要求的前提下，改变凸轮某些参数，实现对凸轮丰满系数，气门升程，充气系数等参数的优化。
目前国内外已有很多学者在凸轮型线优化这方面做出了研究。在国内，张磊等基于tycon软件对凸轮缓冲段和工作段进行重新设计：工作段采用经过优化的高次多项式函数设计，解决了进气门最大允许跃度值较高的问题[1]。张志国基于正交doe试验方法，以扭矩为评价指标对设计的凸轮型线进行了优化[2]。侯清芳基于高次多项式凸轮型线和贝塞尔曲线，设计了高次方与直线段组合型凸轮型线，其丰满系数有一定的提高[3]。侯庆东在基于b样条曲线建立的凸轮型线基础上，采用复合形法，以丰满系数为目标函数，实现了充气性能的提升[4]。刘耀东等基于gt-pwer的整机热力学和阀系动力学联合仿真模型，采用nsga-ii优化算法，以工作段各区段的包角和幅值等14个参数为变量，实现对丰满度系数，充气系数，压气压比等5个变量的优化[5]。冯仁华以机构运动平稳性和气门升程丰满系数合理性为优化目标，并考虑了缓冲段终点挺柱速度和加速度连续性，对凸轮型线进行了优化[6]。王亚茹等采用改进粒子群算法，对采用b样条曲线函数设计的凸轮型线进行了优化[7]。崔毅等基于gt-power建立的汽油机性能仿真模型，结合单纯形优化算法，建立了七次多项式动力凸轮的优化设计模型[8]。武占华等采用随机搜索法求解的优化设计方法，解决了n次谐波凸轮型线设计问题中设计参数多、设计参数与控制指标之间没有确定规律的问题[9]。褚超美等建立了由正弦、摆线、直线等六段函数方程复合而成的一种负加速度值可调的数学模型(fb3)，实现了凸轮型线局部优化[10]。
国外很多学者也作了相当丰富的工作，milan bi#382;i#263;等基于均匀坐标变换法的两凸轮型线建模方法，定义了完整的凸轮型线解析表达式[11]。rubens等着重描述了凸轮型线的参数化描述和差分进化的优化算法, 最后指出差分进化的优化算法很适用于多维最小化问题[12]。ferhat hamza等基于改进的差分算法，完成了凸轮机构的多目标优化[13]。ergin kurtulmus等基于力矩平衡方程和扭矩参数方程，生成了精确的凸轮型线表达式[14]。j lampinen通过构造b-spline作为凸轮型线并利用遗传算法对型线进行优化[15]。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究（设计）的基本内容
此次设计首先通过建立yt3105柴油机进气机构运动学以及动力学模型，分析现有凸轮型线存在的问题。然后在满足发动机整体参数要求的前提下，依据凸轮型线最优化理论，采用随机算法，以解决型线存在的问题为目标，通过matlab实现对原有凸轮型线的优化。然后基于优化后的凸轮型线，结合挺柱、摇臂、气门弹簧和气门等部位的选型，组合成完整的进气机构，完成绘图工作。最后使用ansys对排气机构进行动力学计算，以验证凸轮型线是否符合要求，最终确定凸轮型线。
2.2 研究（设计）的目标
3. 研究计划与安排
| 周次【2019】 | 工 作 内 容 |
| 毕业设计预备周 （2019.1.3-2019.1.18） | 确定指导教师人选，确定选题志愿、校内搜集资料、阅读资料。 |
| 1~ 2 （2.18~3.1） | 提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 3~ 4（3.4 ~ 3.15） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。同时下载并学习所要用到的软件（Matlab和ANSYS) |
| 5~ 6（3.18~ 3.29） | 进一步熟悉软件，开始建立进气机构模型，并利用matlab对凸轮型线进行优化。 |
| 7~ 8（4.1~ 4.12） | 基于优化后的凸轮型线，结合挺柱、摇臂、气门弹簧和气门等部位的选型，组合成完整的进气机构，开始绘图工作； |
| 9~11(4.15~ 4.26） | 完成绘图； 建立排气机构模型，并利用ANSYS软件对排气机构进行动力学计算； 撰写毕业设计说明书。 |
| 12（4.29~ 5.10） | 整理所做工作，并对其进行分析、完善及讨论； 完善毕业设计说明书； 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料； 提交答辩申请。 |
| 13~14(5.13~5.24） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（5.27～5.31） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 |
| 16（6.3~ 6.7） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 张磊，牟江峰，黎苏，郑清平. 汽油机进气凸轮型线优化设计.[j]. 汽车工程师，2013，127（01），29-32.
[2] 张治国. 增压直喷发动机配气机构设计.[d]. 长春：吉林大学，2017.
[3] 侯清芳. 配气凸轮型线参数有约束优化方法及程序开发[d]. 长春：吉林大学，2018.
