专利名称：一种内燃机活塞有限元裙部空间节点投影方法
技术领域：
本发明属于计算机图像处理和虚拟计算领域，具体涉及内燃机活塞有限元模型中裙部空间节点的处理方法。
背景技术：
在现代内燃机设计过程中，为了提高设计的可靠性以节省时间及减小实验失败率，常使用CAE技术，即计算机辅助工程。CAE软件有NASTRAN，ABAQUS等。通过CAE的前处理软件对三维几何模型进行离散化，建立有限元模型，然后进行数值仿真计算，也就是虚拟计算。在对内燃机活塞进行虚拟计算时，由于CAE的前处理软件对三维几何模型进行离散化时，精度不够，导致内燃机活塞裙部节点与实际加工后的活塞存在严重失真，而又由于活塞裙部与缸套的接触对活塞受力影响巨大，特别是对热膨胀后的活塞影响将更加严重， 因此，活塞裙部节点的失真会严重影响活塞的力学响应应力、应变和位移结果。目前，通常的虚拟计算中，并未对活塞裙部节点进行处理，只是将它作为一个简单的圆柱面，同时，将活塞裙部与缸套间的接触忽略，这样做的结果是其虚拟计算结果与实际存在很大差距。实际上，活塞裙部为一个复杂的桶形面结构，一般地，其横截面为椭圆，其纵向面为母线是一个高次连续可导曲线。因此，如何修正有限元模型中的裙部节点使其与实际复杂桶形面相吻合便成为虚拟计算中的关键技术。
发明内容
本发明成功地将活塞与缸套的接触引入活塞的有限元分析中，主要解决了活塞有限元模型裙部节点与活塞裙部空间曲面一致的问题。本发明的技术方案如下
一种内燃机活塞有限元裙部空间节点投影方法，设定有限元模型坐标系为垂直向上为 Z轴，活塞短轴方向为Y轴，活塞长轴方向为X轴，坐标原点为活塞裙部最底面中心，所述方法包括以下步骤
第一步，给出活塞裙部的纵向形线，即直径削减量diametercutl与活塞高度height的函数
dianietercitl = f (height)
第二步，给出活塞裙部的横向形线，即直径削减量diametercUt2与角度angler的函
数
第三步，求活塞裙部任意节点的直径diameter 第三步，求活塞裙部任意节点的直径(diameter)，如图2。
diameter = r/. -cliametercitl -diametercitl = ci. - flfieiohi) ~F(mmler) 式中rf；；为活塞名义直径(如图2)
第四步，求出每个活塞裙部节点的角度和高度。利用原有限元模型中节
第二步，给出活塞裙部的横向形线(如图2B)，即直径削减量(diametercut2 )与角度 (angler)的函数
式中Cl5为活塞名义直径；
第四步，求出每个活塞裙部节点的角度和高度利用有限元模型中节点的坐标值进行求解；
第五步，将每个活塞裙部节点坐标投影在桶形面上
采用上述方法，可以更好地保证有限元模型中的裙部节点与实际复杂桶形面相吻合。
图IA是活塞坐标系的X轴和Y轴示意图； 图IB是活塞坐标系的X轴和Z轴示意图2A是活塞纵向形线示意图； 图2B是活塞黄向形线示意图； 图3A活塞裙部节点投影示意图A; 图3B是活塞裙部节点投影示意图B; 图4是某活塞裙部节点投影后等高图。
具体实施例方式以下叙述中，有限元模型坐标系为垂直向上为Z轴，活塞短轴方向为Y轴，活塞长轴方向为X轴，坐标原点为活塞裙部最底面中心，参见图IA和图IB。第一步，给出活塞裙部的纵向形线(如图2A)，即直径削减量(diametercutl)与活塞高度(height)的函数点的坐标值进行求解。例如某节点坐标原为(36.0，15.0，13.5)，其角度为 atan(15. 0/36. 0)=7. 907degree，其高度为 13. 5mm
第五步，将每个活塞裙部节点坐标投影在桶形面上，如图3所示，
例如某节点坐标原为(36. 0，15. 0，13. 5)，投影后坐标为
图4为某活塞裙部节点投影后等高图。
权利要求
1. 一种内燃机活塞有限元裙部空间节点投影方法，设定有限元模型坐标系为垂直向上为Z轴，活塞短轴方向为Y轴，活塞长轴方向为X轴，坐标原点为活塞裙部最底面中心，所述方法包括以下步骤第一步，给出活塞裙部的纵向形线，即直径削减量diametercutl与活塞高度height的函数第二步，给出活塞裙部的横向形线，即直径削减量diametercut2与角度angler的函数第三步，求活塞裙部任意节点的直径diameter 式中为活塞名义直径；w第四步，求出每个活塞裙部节点的角度和高度利用有限元模型中节点的坐标值进行求解；第五步，将每个活塞裙部节点坐标投影在桶形面上
全文摘要
一种内燃机活塞有限元裙部空间节点投影方法，所述方法包括一、给出活塞裙部的纵向形线；二、给出活塞裙部的横向形线；三、求活塞裙部任意节点的直径；四、求出每个活塞裙部节点的角度和高度；五、将每个活塞裙部节点坐标投影在桶形面上。该方法可以有效解决活塞有限元模型裙部节点与活塞裙部空间曲面一致的问题，更好地保证有限元模型中的裙部节点与实际复杂桶形面相吻合。
文档编号G06F17/50GK102169522SQ20111012111
公开日2011年8月31日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者司庆九, 詹樟松 申请人:重庆长安汽车股份有限公司