回路・システム解析 エンジンのクランクシャフトの動作解析

  • ピストンヘッドで発生する PWM(パルス波)などの複雑荷重を元にフィードバック制御設計を行いたい方
  • クランクシャフトから出力される応答を元にフィードバック制御設計を行いたい方

ANSYS Simplorer で荷重を制御するため、ANSYS Rigid Body Dynamics(以降、RBD)上で Simplorer Pin(入力変数用のピンと出力変数用のピン)を追加します。その後、ANSYS Simplorer側で RBD のモデルをインポートしますと、回路コンポーネントが作成され、ANSYS Simplorer で操作できるピンが現れます。このピンに力荷重を載荷すれば、RBDを制御することが出来、かつその結果(ここではクランクシャフトの回転数)などもANSYS Simplorer で表示することが出来ます。今回の事例は奇数番(1、3、5番)のピストンヘッドに図2の力荷重を載荷し、偶数番(2、4、6番)のピストンヘッドに図3の力荷重を載荷します。更に初期回転を付与するため、クランクシャフトに図4のようなモーメント荷重を載荷します。図5に解析結果を示しますが、こちらは横軸が時間、縦軸が回転角度[rad] になっており、回転速度が徐々に増加している様子が分かります。

解析モデル


図1.ANSYS Rigid Body Dynamicsで設計したクランクシャフトの6つのピストンヘッドにANSYS Simplorer で力荷重を載荷するシステム

図2. 1、3、5番ピストンヘッドに力荷重を載荷する場合の時系列データ

図3. 2、4、6番ピストンヘッドに力荷重を載荷する場合の時系列データ

図4. クランクシャフトにモーメント荷重を載荷する場合の時系列データ

図5. クランクシャフトの回転角度に関する時系列データ

効果

ANSYS Rigid Body Dynamics で設計したクランクシャフトについて、ANSYS Simplorer と連携することで複雑な荷重を載荷することが可能になります。応用例としては、トルクや回転数によるフィードバック制御や制御パラメータの最適化、制御回路との連成解析を行うことが可能です。

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