劉志堅 張力 楊潔

摘要：隨著社會現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，諸如汽車、機(jī)械、船舶等現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備不僅改變了人們的日常生產(chǎn)生活方式，還對交通運輸、工業(yè)、農(nóng)業(yè)，乃至于國際事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著不可替代的重要意義。然而，在能源危機(jī)的大背景下，如何提升能源的利用效率從而為環(huán)境保護(hù)發(fā)揮著持續(xù)的貢獻(xiàn)力，成為了當(dāng)前人們需要關(guān)注的熱點問題之一。本文以內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)作為研究切入點，希望能夠在分析內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，闡述內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化情況，為內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供新的參考思路，從而達(dá)到最大限度地挖掘內(nèi)燃機(jī)潛力的目的。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TK402? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0012-02

0? 引言

作為近代工業(yè)文明發(fā)展的產(chǎn)物之一，內(nèi)燃機(jī)憑借著其自身優(yōu)越的性能不僅取代了蒸氣機(jī)，而且在現(xiàn)代機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)水平的不斷提升，原有的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計依然無法滿足現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用需要。為了能夠最大限度地優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的性能，從而提升內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、美觀性的需求，從而降低機(jī)械設(shè)備所排放出來的危害氣體，優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得越來越迫切。

1? 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析

內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)正常運作的基礎(chǔ)，內(nèi)燃機(jī)在運轉(zhuǎn)的過程中能夠為機(jī)械設(shè)備提供源源不絕的動力，然而由于現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，內(nèi)燃機(jī)在使用的過程中，不僅存在社會能源資料的大量消耗的現(xiàn)象，還使得內(nèi)燃機(jī)在使用的過程中產(chǎn)生了大量的二氧化碳等污染物，這些大量的污染物的排放對于環(huán)境友好型社會的建立產(chǎn)生了負(fù)面的問題。為此，如何控制好內(nèi)燃機(jī)在使用時的燃油消耗以及二氧化碳等氣體的排放，成為了當(dāng)前人們需要關(guān)注的問題之一。為了能夠優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的性能，大量高性能、低消耗、少污染的機(jī)型不斷被研發(fā)出來，切實有效的緩解了內(nèi)燃機(jī)原本存在的環(huán)境污染以及能源消耗的問題。一方面，分析內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用能夠更好地實現(xiàn)對能源的高效利用，提升社會能源資料的使用效率，有效緩解能源危機(jī)問題所帶來的負(fù)面影響，充分發(fā)揮出內(nèi)燃機(jī)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防等多個領(lǐng)域的重要價值。另一方面，由于內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的特殊性，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通過分析內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)形式，為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級提供充裕的動力，從而為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

2? 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)燃機(jī)主要由兩大機(jī)構(gòu)以及五大系統(tǒng)所構(gòu)成，其中，兩大機(jī)構(gòu)分別指的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)以及配氣機(jī)構(gòu)，而五大系統(tǒng)則指的是潤滑系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)以及起動系統(tǒng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)正常運轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，借助于曲柄連桿機(jī)構(gòu)能夠有效的實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部能量的傳輸，從而為機(jī)械設(shè)備的運轉(zhuǎn)提供充足的動力;而配氣機(jī)構(gòu)則是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部氣體的進(jìn)入以及排放的渠道，內(nèi)燃機(jī)在運作的過程中會下達(dá)指令至配氣機(jī)構(gòu)中，由配氣機(jī)構(gòu)承擔(dān)起氣門開啟關(guān)閉的職責(zé);內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的熱量，再加上長時間的使用會使得內(nèi)燃機(jī)存在一定的污漬，而潤滑系統(tǒng)則通過為內(nèi)燃機(jī)提供潤滑的服務(wù)從而在內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部中起到潤滑、清潔、散熱的作用;內(nèi)燃機(jī)的正常運轉(zhuǎn)離不開可燃?xì)怏w，燃料供給系統(tǒng)則會將其內(nèi)部的可燃?xì)怏w進(jìn)行充分的燃燒，利用燃燒過程中所產(chǎn)生的能量為內(nèi)燃機(jī)提供動力;冷卻系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)的核心結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)燃機(jī)在使用過程中多余的熱量進(jìn)行散發(fā)，從而確保內(nèi)燃機(jī)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài);點火系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)動力的引燃點，不同類型的內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)也隨之不同，針對于汽油機(jī)的內(nèi)燃機(jī)則需要依靠點火線圈，而柴油機(jī)的內(nèi)燃機(jī)則需要借助于缸內(nèi)內(nèi)部壓力壓燃;起動系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)使用的核心，內(nèi)燃機(jī)的使用是一個由靜到動的過程，通借助于起動系統(tǒng)能夠迅速的使內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入到工作狀態(tài)，從而保障內(nèi)燃機(jī)的正常使用。

3? 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用的優(yōu)化分析

3.1 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

由于內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化同樣面臨著重重的挑戰(zhàn)，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)涉及到連桿、曲軸以及活塞等多種零部件，每一個零部件自身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)也同樣十分的繁瑣，使得內(nèi)燃機(jī)在使用的過程中承擔(dān)了較大的工作負(fù)荷。為此，如何結(jié)合內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的特點實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部零件的構(gòu)造、大小、形狀的優(yōu)化成為了當(dāng)前人們需要關(guān)注的重點問題。一般來說，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化需要借助于界限元或有限元法進(jìn)行分析，如在使用有限元法時不僅需要關(guān)注內(nèi)燃機(jī)主要零部件的靜、動應(yīng)力的計算，還需要重點關(guān)注內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)變形的計算，然而由于現(xiàn)有的技術(shù)條件的限制以至于人們無法結(jié)合內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，準(zhǔn)確的計算出內(nèi)燃機(jī)零部件的實際受力及支承約束狀況，無形中削弱了有限元法的使用效果。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，一方面，在進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，工作人員可以以內(nèi)燃機(jī)零部件重要構(gòu)造參數(shù)的調(diào)整作為優(yōu)化的切入點，通過改變內(nèi)燃機(jī)零部件重要構(gòu)造參數(shù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容，從而達(dá)到優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)零部件的目的。除了調(diào)整內(nèi)燃機(jī)零部件重要構(gòu)造參數(shù)之外，工作人員還可以關(guān)注內(nèi)燃機(jī)自身離散化的界限點，由于現(xiàn)有的信息技術(shù)能夠通過引入應(yīng)力聚集系數(shù)和質(zhì)量系數(shù)模型的形式，來模擬出內(nèi)燃機(jī)零部件界限的形狀。以四缸柴油機(jī)連桿的構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計為例，工作人員結(jié)合四缸柴油機(jī)的特性，將四缸柴油機(jī)連桿質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，以此為基礎(chǔ)對四缸柴油機(jī)連桿的重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計算，并借助于大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的方式，迅速計算出不同參數(shù)變化下內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的變化，從而有效的將四缸柴油機(jī)連桿質(zhì)量減少了15%左右。另一方面，以機(jī)械熱應(yīng)力與應(yīng)力作為切入點，優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)也不失為一種好方法。通過優(yōu)化機(jī)械熱應(yīng)力與應(yīng)力相關(guān)的構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計，能夠有效的提升內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)對于最高溫度的承受能力，增強(qiáng)了內(nèi)燃機(jī)能量的傳導(dǎo)性，從而提升內(nèi)燃機(jī)的可持續(xù)運轉(zhuǎn)能力。

3.2 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化

與內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進(jìn)程相比，由于受到理論研究以及技術(shù)應(yīng)用條件的限制，使得我國的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化正處于發(fā)展的初始階段。內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化主要關(guān)注的是內(nèi)燃機(jī)零部件燃燒程序以及內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)過程中的熱量傳送等，這使得內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化更多的是關(guān)注氣體熱力和動力學(xué)等相關(guān)理論研究基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)階段內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化面臨著三個方面的障礙問題：

第一個方面，由于內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化涉及到整體連接體系，然而由于內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程在優(yōu)化時主要以偏微分方程組的解的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，使得工作人員需要以解析式的形式展現(xiàn)出內(nèi)燃機(jī)零部件的約束條件及目標(biāo)函數(shù)，對于解析式中參數(shù)的取值提出了較為嚴(yán)苛的要求。

第二個方面，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化需要從全局的角度進(jìn)行分析，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程具有“牽一發(fā)而動全身”的特點，為此，工作人員不僅需要考慮目標(biāo)設(shè)計改變量所帶來的優(yōu)化成效，還需要考慮該目標(biāo)設(shè)計量在改變的狀態(tài)下一個子程序之間的耦合性，對于工作人員的綜合素養(yǎng)提出了較為嚴(yán)苛的要求。

第三個方面，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程對于信息技術(shù)的應(yīng)用提出了新的要求。為了評估內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化所帶來的影響，工作人員需要利用信息技術(shù)來模擬大量的子系統(tǒng)，繁瑣的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程模擬計算過程，延長了內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化時間。為了能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化的目標(biāo)，引入大數(shù)據(jù)信息技術(shù)成為了解決問題的重要渠道，大數(shù)據(jù)信息技術(shù)具有強(qiáng)大的解決技術(shù)能力以及更大容量的數(shù)據(jù)存儲量，工作人員可以通過大數(shù)據(jù)信息技術(shù)，來模擬不同狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程，優(yōu)化所帶來的成效，再加上遺傳計算方法的廣泛應(yīng)用，為內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化提供了新的方向。

4? 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用設(shè)想分析

4.1 內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化設(shè)想分析

現(xiàn)階段，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化主要憑借工作人員的實際工作經(jīng)驗為主，對于工作人員的綜合素養(yǎng)提出了較高的要求，如果工作人員的實際經(jīng)驗豐富那么能夠確保其選取的參數(shù)在設(shè)計規(guī)則的限定內(nèi)，否則將會導(dǎo)致所選擇的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)基本參數(shù)存在隨意性和偶然性的問題。以內(nèi)燃機(jī)整體功能優(yōu)化為目標(biāo)選擇參數(shù)，不僅能夠充分的考慮到熱力學(xué)流程、溫度等元素對于內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的影響，還能夠擺脫內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)基本參數(shù)選擇時對于工作人員經(jīng)驗的依賴，增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的指向性，提升內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 可視化的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)想分析

隨著可視化技術(shù)水平的不斷提升，原有的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化設(shè)計將會從非開放形式的設(shè)計朝著開放形式的設(shè)計方向發(fā)展，在可視化的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)，工作人員將會掌握內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程優(yōu)化的主動向，及時調(diào)整好內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)流程，優(yōu)化過程中運行有問題的流程。避免出現(xiàn)過去需要再次從頭做起的尷尬現(xiàn)狀。此外，可視化的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠提升樣機(jī)試驗的整體工作效率，以便于工作人員實時掌握內(nèi)燃機(jī)更替流程的具體情況，及時處理好結(jié)構(gòu)合理性和工藝的限制等方面的問題，縮短內(nèi)燃機(jī)試驗的時間，提升內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及應(yīng)用的整體工作效率。

5? 結(jié)束語

綜上所述，內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要以內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計以及運轉(zhuǎn)流程的優(yōu)化為主，隨著技術(shù)的不斷更新，未來可視化的內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化等設(shè)想將會成為可能。

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