1EXCITE_basic_training_界面介绍
仿真方法:混合多体动力学
Method for the Simulation: “Hybrid Multi Body Dynamics ”
n EXCITE基于有限元模型，计算发动机非线性多体动力学。求
得零部件动力学响应：位移、速度、加速度，及相互作用力和
力矩
n实现方法：
n多体动力学(MBD)：计算刚体运动及相互作用力> 将刚体扩展为弹性体Multi Body Dynamics (MBD) > Extended by Elastic
Parts
n有限元法(FEM)：计算弹性体结构变形> 使弹性体具有了全局运动Finite Element Method (FEM) > Extended by Global Motions
of Rigid Bodies
n弹性体间的非线性接触> 可计算液力轴承等Elastic Bodies Interacting via Nonlinear Contact Elements
零部件间相互作用关系
Interaction of Structure Parts
燃气力、活塞敲击统载荷、输出扭矩等
Gas Forces, Piston and Timing Drive Impact Forces, FIE Loads, Output Torque, etc.
外载Excitation Forces and Moments
有限元模型静态和动态的缩减FE-Models -Static and Dynamic Reduced (FE-Solver)
态的缩减FE-Models -Static and Dynamic Reduced (FE-Solver)
n子结构法：缩减模型自由度，为减少计
算量和对计算机的要求
n原FEM可用质量、梁、壳或实体单元建立
n子结构表征原结构质量和刚度，固有频率和模态
n子结构上节点可施加外力和力矩，也耦合部件间的相互作用，传递载荷
n用子结构主自由度来表征部件运动和变形。
n对原FEM模型定义主自由度，用
元模态分析求解器进行静/动缩减。
一连杆例子(仅用于说明概念)
全局坐标系
当地坐标系
局部坐标系
有限元子结构Substructure
EXCITE建模步骤
n根据分析项目，分析原结构的力学工作原理，确定EXCITE的仿真方案
n预处理：建立FEM，定义节点主自由度，缩减获得子结构的质量矩阵、刚度矩阵、几何和自由度文件
n启动EXCITE，插入并定义体单元和连接单元，定义力学耦合关系Starting a new EXCITE session. Insert and define bodies and joints.
n定义发动机轴系参数、外载工况等Define global crank train data, external load data
n定义数值仿真控制参数(起止时间，时间步长等)Define simulation parameters (start time, end time, time step size, etc.)
n后处理：2维曲线、3维动画、应力计算等
EXCITE模型由体单元、连接单元、力学和数值关系构成
EXCITE 文件名和目录
n 各类目录或文件名中不得出现汉字和空格
n 用户工作目录严格按下面要求(影响Utilities
中一些功能使用时的缺省设定)
excite 目录: *.ex 文件fem 目录:
crankshaft 目录: 缩减文件*.out4等conrod 目录: 缩减文件engine 目录: 缩减文件load 目录: 外部载荷文本文件
n ASCII 文本文件:可用UltraEdit / MsWordPad
等编辑器编辑，与扩展名无关
E
工作区
体单元
连接单元
工具图标
菜单
连
接线
EXCITE 模型有限元模型
3D －可视
建模信息提示栏
???
x y
FEM 设定FEM Preferences
第一步：有限元模型设定
?FEM 全局坐标系：用曲轴/机体模
型坐标系（连杆除外：永远是局部坐标系，一般取连杆大头中心点为其局部坐标系中心点）
?旋转轴：曲轴正向旋转轴为x 轴。
对于顺时针旋转发动机，模型的前端到飞轮端的方向取x 方向。
?垂直轴：曲轴有限元模型的第一拐
朝上(即直列式燃烧上死点＝0；V 型要注意与Crank Train Global 中的发火时刻设定必须一致)
x OUT4文件常用ASCII 文本y 使用N -mm -s 制：即有限元模型用
mm 模型，便于建模，截断误差小
D
为方便定义，建议：
双击可成为缺省单位
n 建议使用N -mm -s 制
则：钢密度：7.85E -9 t/mm 3
钢弹性模量：210000 N/mm 2EXCITE 单位设定EXCITE Units
n 单位自定,需与FEM 模型一致
EXCITE knows nothing about units
单位显示
n 对话框中改单位：鼠标左键–只变单位，不变数值n 鼠标右键–又变单位，转变数值
常设变参
仅用于3D 活塞/缸套接触计算
活塞受力曲柄销受力连杆小头受力主轴承力输出扭矩
n 检查Crank Train 中填入的轴系数据是否正确
不平衡载荷
臂载荷n EXCITE 模型坐标系：必须与曲轴FEM 坐标系一致
Rotx Roty Rotz
x y z
活塞裙部高度缸套高度
曲轴中心线距缸套顶部距离
旋转轴垂直轴
活塞销座受力n 自动载荷生成，考虑气缸压力和惯
性力
第三步：Crank Train Globals
初始条件计算用
要求坐标系：
EXCITE 模型，有限元模型,初始条件,着火条件一致
(方便：第一缸朝上)?
??x y z {
连杆坐标系原点，位于大头则σ＝0
垂直方向
气缸方向
拐方向
＋ω
?
?
注意z{的正负号与下面设定一致：n曲轴旋转方向，n缸套的TS和ATS 的定义
z
{
着火顺序：1-3-4-2
活塞偏心
T
S
A
T
S
曲轴轴
线偏心
z
{
???x y z{
如：计算曲柄销力，当作外载直接施加在曲
柄销上。
注意：使用CONROD Modeler时，该处用
统一缺省的单位制，如N-mm-s中，使用ton.活塞组质量(包括环质量)
连杆质量
连杆惯量，常不填
曲柄销质量
中间点离大头的距离，一般无小头质量
大头质量
中间,一般无
活塞销质量
如：计算主轴承载荷，直接进行弹性液体动力学主轴承计算时，作为外载施加在主轴颈上。
主轴承轴向坐标位置轴承位置
曲轴各拐的偏心旋转质量
与气缸线夹角
曲柄质心轴
向坐标位置
旋转半径
旋转质量
曲柄臂位置
曲柄截面
中性轴
平衡重位置
考虑平衡轴
不平衡计算参考点,相对于轴系坐标系
轴向位置
水平位置
垂向位置
平衡轴
相对曲轴速比
横向的偏移量
垂向的偏移量
配重角度配重质心
轴向位置配重质心
离心半径配重质量
第四步：定义所有体单元和连接单元
体单元和连接单元Body
and Joint
要求：连杆、轴承和活塞导向必须按顺序排列
E
确保耦合关系的正确
建议：在界面上标出节点号，以方便检查
要求：按顺序排列
节点组Node Sets
节点号
节点组名所属体单元名
辅助工具：节点组搜索
自动搜索节点：自动读取有限元文件，按某种特征，编成节点组，供连接使用。对网格较差的有限元模型，可能无法搜索
搜索删除
不需这里搜索，手工查FEM
容差，搜索小于本容差的相关节点
主轴承
推力轴承，所在轴颈号
活塞-缸套连接
主轴承
缸套
要求:
n 覆盖发动机转速范围的外特性
n 包含额定工况点,最大扭矩点,扭振转速点(如果有的话)n 转速步长尽量均匀
第五步：Load Data －Input 转速和燃气压力曲线
鼠标右键:添加转速删除复制显示
气体压力数据转速工况
点:鼠标右激活为当计算工况