基于热-机耦合的柴油机活塞敲击噪声研究与控制及活塞系统优化设计

基于环境保护和资源节约的发动机性能优化设计既是学科的前沿课题，又是我国发展发动机制造业的重要需求。本项目选取发动机的关键零部件活塞系统为研究对象，首先计算柴油机活塞系统在热-机耦合作用下的变形，然后进行变形状态下活塞动力学仿真，以求最大限度地逼近实际工作状态，分析敲击力产生的大小、发生时刻及其引起的敲击噪声与燃烧噪声的叠加效果，重点研究活塞系统各设计参数对活塞敲击力、发动机振动噪声、机油消耗的影响规律。其次确定优化目标函数（发动机机油消耗、振动噪声指标），通过设计参数灵敏度确定相关参数，根据活塞系统实际工作情况确定约束条件，对活塞系统进行优化设计和实验验证。最后总结提出一套适用于活塞系统的虚拟仿真方法，优化设计方法和实验验证方法，从而降低发动机噪声和机油消耗量，为环境友好和节能降耗做出贡献。

本项目以柴油机活塞系统为研究对象，通过理论研究、台架试验和虚拟设计等手段，考虑热负荷和机械负荷，对活塞敲击噪声产生机理、活塞环—缸套润滑特性、缸内机油消耗机理、以及活塞及活塞环的优化设计进行了深入细致的研究。本研究基于热机耦合的动力学模型与基于热流体的活塞系统润滑模型具有重要的学术价值，利用神经网络对活塞与活塞环的优化设计方法与流程具有很强的工程应用价值。上述理论成果在《Chinese Journal of Mechanical Engineering》等国内外学术期刊上发表论文28篇，其中被SCI收录4篇、EI收录23篇，同时申请国内发明专利4项，获得国内实用新型专利1项，申请国内实用新型专利3项。