三、CAE在内燃机设计中的应用

    目前在国内的内燃机设计中广泛采用了CAE技术，但企业的重视程度却不高，尤其是一些中小发动机生产厂家，这不仅是由于CAE软件价格昂贵且全英文界面，更主要是对软件操作人员知识层次要求很高，企业培养一个自己的科研团队往往是投入大、回报少，因此它并不像CAD那样普及，主要模式是内燃机有关的科研院所和生产企业合作开发新产品，企业提要求，科研院所出方案。

    在国外，不论是概念设计阶段还是产品开发阶段，只要是产品设计就必须用CAE。这不仅是观念问题，而是由于国外的竞争完全是白热化的。产品研制周期的延误、公司的承载能力和产品成本等任何问题都会对企业造成非常大的影响，CAE技术是帮助他们提高研发能力最具价值的投入。

    伴随着国内行业间竞争的日益激烈，不靠创新来提高产品附加值就很难生存和发展。此时，企业就会迫于市场压力而不断改良产品，CAE在国内的应用也将更为普及与深入。

    CAE技术在内燃机设计中的主要应用有：

    (1)结构强度分析

    结构强度是保证内燃机工作安全性、可靠性的重要指标，因此结构强度分析应用最为广泛。它可以判断结构在工作载荷作用下是否安全，哪些部位发生应力集中，哪些部位强度不足，以此来改进设计。像ANSYS、MSC.NASTRAN等大型CAE软件都提供了极为方便快捷的分析手段。

    (2)动力学仿真分析

    动力学仿真基于多体动力学理论，可在研究阶段预测内燃机运动机构甚至整车的动力学性能，对这些性能进行优化，以达到提高产品性能的目的。MSC.Adams就是其中一款十分优秀的专业动力学分析软件。

    (3)其他分析

    结构优化设计、模态分析、疲劳分析、热分析、噪声分析等也都是内燃机设计中经常要进行的仿真内容，绝大多数的大型有限元软件都能做以上分析。

    下面列举几个CAE方面的例子：

    ①内燃机设计中强度校核

    图5 某小型发动机飞轮螺栓强度校核

    ②内燃机设计中的运动机构动力学仿真

    图6 某小型内燃机运动机构动力学仿真

    图7 相应的气门弹簧受力曲线               图8 相应的凸轮与挺柱间接触力曲线

    ③内燃机设计中的零部件噪声分析

    图9 某小型内燃机冷却风扇

    3600rpm时由于结构振动而辐射噪声的声压云图

    四、CFD在内燃机设计中的应用