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按懸浮方式分,磁懸浮機(jī)構(gòu)可分為排斥式和吸引式兩種類型。排斥懸浮的優(yōu)點(diǎn)是對應(yīng)于負(fù)荷上下位置比較穩(wěn)定,但為防止其側(cè)向移動(dòng)而需垂直導(dǎo)向;吸引懸浮的優(yōu)點(diǎn)是左右位置比較穩(wěn)定,但上下位置不能調(diào)整,左右位置需導(dǎo)向。按動(dòng)力來源分,磁懸浮機(jī)構(gòu)可分為電磁懸浮和永磁懸浮兩種類型。電磁懸浮系統(tǒng)是通過控制電磁鐵的電流來達(dá)到控制間隙、懸浮物體的目的。目前,磁懸浮產(chǎn)品的研制尚主要限于超導(dǎo)技術(shù)、電磁技術(shù)范疇,其在振動(dòng)控制中亦主要用于主動(dòng)隔振。隨著超導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展,磁懸浮列車已步入實(shí)用化階段,磁懸浮軸承在工業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。但因電磁懸浮系統(tǒng)需要較強(qiáng)的動(dòng)力供給,控制系統(tǒng)較復(fù)雜,技術(shù)水平要求較高且價(jià)格昂貴,從而限制了其在工程中的應(yīng)用。永磁懸浮系統(tǒng)是利用永磁體的磁感現(xiàn)象以及永磁體之間的斥力和引力來達(dá)到懸浮的目的。20世紀(jì)70年代以來,永磁材料的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。目前,永磁材料已進(jìn)入第三代,并在磁性材料的研究上取得了重要突破。Nd-Fe-B系永磁材料被稱為現(xiàn)代磁王,其潛在磁能積的理論值高達(dá)525.4KJ/m3,能推起相當(dāng)于自身重量640倍的重物,而一般鐵氧體也能推起相當(dāng)于自重120倍的重物。由于永磁懸浮系統(tǒng)具有技術(shù)實(shí)施及維修保養(yǎng)水平要求不高、成本較低等優(yōu)點(diǎn),其在工程中的應(yīng)用愈來愈廣泛。
目前,成熟的磁懸浮系統(tǒng)在汽車工程中的應(yīng)用較少,但磁懸浮技術(shù)在磁懸浮列車中的應(yīng)用給我們帶來了啟示:既然采用磁場作為彈性介質(zhì)的磁懸浮列車比采用鋼板彈簧和螺旋彈簧的舊式列車有更好的減振性能,那么將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于汽車也應(yīng)當(dāng)有類似的結(jié)果。因而,一些有識之士已開始探討將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于汽車工程中。本文綜述和分析、探討了磁懸浮技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用,并展望了應(yīng)用前景。
2磁懸浮技術(shù)在汽車主動(dòng)懸架中的應(yīng)用
通過改變電磁鐵線圈中電流,不但可以改變電磁力的大小,而且可以改變電磁力的方向。因此,可基于電磁鐵設(shè)計(jì)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)[1,2>。汽車磁懸浮主動(dòng)懸架系統(tǒng)的工作原理框圖如圖2所示[1>,主動(dòng)懸架系統(tǒng)的機(jī)械部分由工作缸筒、永磁體和鑄鋼體等組成。控制系統(tǒng)由電子元件、超聲波傳感器、控制器、功率放大器和線圈組成。由超聲波傳感器檢測位移激振信號,該信號轉(zhuǎn)換成電信號后經(jīng)過控制器處理,來調(diào)整線圈電壓的大小,使作用在鑄鋼體上的力發(fā)生變化,達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)剛度和阻尼系數(shù)的目的。為了克服主動(dòng)懸架系統(tǒng)中電磁力控制穩(wěn)定性差和電磁懸浮剛度小等缺點(diǎn),可采用彈簧和電磁力共同構(gòu)成懸掛系統(tǒng)的剛度,仿真結(jié)果表明,由于電磁懸浮主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制器參數(shù)可調(diào),使得該系統(tǒng)具有很好的動(dòng)力可調(diào)特性,其剛度和阻尼在線可調(diào)。但電磁懸浮技術(shù)在汽車主動(dòng)懸架中的應(yīng)用還有許多問題需要進(jìn)一步研究,如系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化,控制策略和算法,電磁懸浮系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)等。
3磁懸浮技術(shù)在汽車減振器中的應(yīng)用
如采用由兩塊同極相對的高強(qiáng)度永久磁鐵產(chǎn)生的磁場作為汽車減振器的彈性介質(zhì),兩磁鐵同極間的斥力隨著兩磁級間距離的減小而變大,因此具有良好的非線性剛度特性,而且可根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)整剛度及車身高度,可以很好地滿足汽車行駛平順性的要求。
一種磁懸浮汽車減振器的結(jié)構(gòu)如圖4所示[3>。此磁懸浮減振器的彈性力主要由上、下主磁鐵29、18的N極間的排斥力產(chǎn)生。行程開關(guān)觸點(diǎn)11通過連桿2與活塞柱1相連接,塑料套筒19、26和橡膠隔塊32、33起限定聚磁磁鐵16、31、34位置的作用,密封圈4起防塵、密封的作用。當(dāng)活塞柱1相對壓蓋5向上運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧7起緩沖的作用,當(dāng)活塞柱1相對基筒6向下運(yùn)動(dòng)時(shí),橡膠墊片17、20、30起緩沖的作用。固定片27與橡膠墊片17間的空腔內(nèi)充有油液,導(dǎo)管15分別與套筒8及一儲(chǔ)液罐(上部空腔內(nèi)充有氣體)相連。當(dāng)該減振器被壓縮時(shí),套筒8內(nèi)的油液通過導(dǎo)管15進(jìn)入一儲(chǔ)液罐,由于此時(shí)儲(chǔ)液罐內(nèi)的阻尼片可隨油液上升,所以油液阻力很小。當(dāng)該減振器被壓縮后復(fù)原時(shí),活塞柱1向上運(yùn)動(dòng),儲(chǔ)液罐內(nèi)的氣體壓力較大,把油液下壓,經(jīng)阻尼片上的阻尼孔壓回套筒8內(nèi),油液經(jīng)阻尼片上的阻尼孔時(shí)發(fā)熱,振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能。另外,通過控制電路液力左右移動(dòng)活塞柱24,可運(yùn)用聚磁原理調(diào)整減振器的剛度特性,并可改變減振器的長度,從而調(diào)整車高。
由以上可以看出,此磁懸浮減振器原理正確,具有很好的可行性,但其減振性能仍需做深入細(xì)致的仿真分析和實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。值得一提的是,通過上、下主磁鐵間充有油液的方式緩沖振動(dòng)一方面會(huì)增加減振器的加工技術(shù)要求(如密封技術(shù)),另一方面會(huì)使減振器發(fā)熱,而溫度對磁性材料的性能有一定的影響,如采用加裝散熱片散熱,將使結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜。如采用將此減振器與一阻尼器并聯(lián)的工作方式,可能會(huì)具有更好的可行性。
為克服排斥型磁懸浮系統(tǒng)剛度大、難于控制的缺陷,可采用線性彈簧和非線性磁浮裝置組合的方法設(shè)計(jì)汽車座椅[5>,使該座椅具有小變形時(shí)較“軟”的線性特性,大變形時(shí)較“硬”的非線性特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,該種座椅隔振性能良好,基本相當(dāng)于半主動(dòng)隔振系統(tǒng),抗沖擊性能良好,可克服常規(guī)座椅在大載荷下“撞底(bottoming)”的現(xiàn)象,同時(shí)該種座椅還具有行程小的優(yōu)點(diǎn)。
5磁懸浮技術(shù)在救護(hù)車擔(dān)架隔振中的應(yīng)用
一種救護(hù)車磁懸浮擔(dān)架的結(jié)構(gòu)如圖6所示[6>,該磁懸浮擔(dān)架由支架、安裝在支架下方及地板上方磁極相對的上磁體和下磁體、支架與地板之間的四邊形連桿機(jī)構(gòu)組成。在上述兩塊磁體的作用下,擔(dān)架支架通過四邊形連桿機(jī)構(gòu)懸浮在地板上,從而可有效吸收擔(dān)架支架的振動(dòng)。
6.1磁屏蔽問題
磁場是否損壞人體健康、能否有效屏蔽是磁懸浮技術(shù)在汽車工程中應(yīng)用最值得注意的主要問題之一。在現(xiàn)有磁懸浮技術(shù)在汽車工程中應(yīng)用方面的文獻(xiàn)中,對磁屏蔽問題都沒有述及,但該問題已在磁懸浮列車中得到有效解決。根據(jù)日本的報(bào)告,磁懸浮系統(tǒng)形成的電磁回路所產(chǎn)生的磁場,僅相當(dāng)于地磁,對人體絲毫不會(huì)產(chǎn)生危害。而德國的測量結(jié)果更明確:坐在他們的磁懸浮列車上所感受到的磁場影響,小于坐在4米遠(yuǎn)的地方看一臺(tái)21英寸的黑白電視機(jī)。因此,根據(jù)磁懸浮列車的研究成果,磁屏蔽問題能夠在汽車工程中應(yīng)用的磁懸浮機(jī)構(gòu)中得到有效解決。
6.2磁懸浮系統(tǒng)阻尼問題
在現(xiàn)有的磁懸浮機(jī)構(gòu)中,有些系統(tǒng)采用磁懸浮與阻尼器并聯(lián)使用的方式[2,3,5>,有些系統(tǒng)僅采用了磁懸浮方式,未加阻尼[1,6,7>。有的研究者認(rèn)為,磁懸浮自身可產(chǎn)生阻尼,且阻尼因子d=0.23[7>,有的研究者認(rèn)為,磁懸浮自身產(chǎn)生阻尼是因相位變化而引起的[5>。磁懸浮系統(tǒng)的阻尼是自身產(chǎn)生還是因?qū)驒C(jī)構(gòu)的摩檫力造成,其產(chǎn)生阻尼的機(jī)理如何,尚需進(jìn)一步研究。
6.3正負(fù)剛度不對稱問題
磁懸浮系統(tǒng)正負(fù)剛度不對稱,即向下壓縮時(shí)的剛度大于向上運(yùn)動(dòng)時(shí)的剛度,從而造成了磁懸浮系統(tǒng)時(shí)域振動(dòng)曲線的非對稱性,這一問題在磁懸浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)中值得注意。
1.明確實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)及任務(wù)。
汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的“三種能力”,即基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力、工程綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此,汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)遵循理論和實(shí)踐并重的原則,以基本原理、基本方法為基礎(chǔ),加強(qiáng)設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),注重實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的交叉融合,并強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)際技能訓(xùn)練,充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和手段,實(shí)施開放式實(shí)踐教學(xué)管理模式實(shí)現(xiàn)資源共享,全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。
2.整合優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。
針對汽車行業(yè)對專業(yè)人才的需求新特點(diǎn),汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)在繼承傳統(tǒng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上創(chuàng)新,通過對原有實(shí)驗(yàn)課程的整合,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系的整體優(yōu)化。按照基礎(chǔ)性、綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的“三層次”要求精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如,經(jīng)論證后刪除了原有的內(nèi)容陳舊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,其內(nèi)容在汽車實(shí)習(xí)中完成,合并內(nèi)容重復(fù)或類似的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比重,提高設(shè)計(jì)性試驗(yàn)項(xiàng)目的比重,增加并充實(shí)與工程結(jié)合的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容,使基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)所占比例≤15.%;重新編寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,將部分教師科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)施以科研促教學(xué),增加了綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。同時(shí)進(jìn)一步推廣和完善了汽車構(gòu)造類實(shí)驗(yàn)的教改成果,以現(xiàn)行的汽車工程實(shí)驗(yàn)體系為基礎(chǔ),根據(jù)交通、機(jī)械大類的汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要,構(gòu)建適合大交通學(xué)科的汽車工程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系,獨(dú)立設(shè)置汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、汽車電器與電子實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課,進(jìn)行單獨(dú)考核。
3.協(xié)調(diào)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改進(jìn)教學(xué)模式。
重視基礎(chǔ)訓(xùn)練,從基礎(chǔ)到綜合、從設(shè)計(jì)到研究探索循序漸進(jìn),符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。通過建立開放型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為學(xué)生自主創(chuàng)新試驗(yàn)和教師科研創(chuàng)造了有利條件。做到了教學(xué)、科研、學(xué)科三位一體,實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)并重,兩者分工聯(lián)系,在教學(xué)內(nèi)容上融合,在功能上互為補(bǔ)充,在時(shí)間安排上互相協(xié)調(diào),合理銜接,實(shí)現(xiàn)了三個(gè)轉(zhuǎn)變,即從單一的專業(yè)教育向全面素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變,從傳授知識向培養(yǎng)知識遷移能力、創(chuàng)新能力的轉(zhuǎn)變,從教師為中心向教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體的轉(zhuǎn)變。
4.構(gòu)建開放式教學(xué)平臺(tái)提高利用效率。
實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)條件,針對學(xué)生能力要求與培養(yǎng)層次目標(biāo),需配備多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在加大實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備建設(shè)的同時(shí),更重要的是構(gòu)建開放式實(shí)踐教學(xué)共享平臺(tái),提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用效率。
二、實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)內(nèi)容
根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)定位及建設(shè)思路,將汽車工程實(shí)踐教學(xué)體系細(xì)分為如下頁圖1所示的包括三個(gè)教學(xué)層次、四大教學(xué)模塊及三種教學(xué)模式。
1.教學(xué)定位的層次化。
根據(jù)能力培養(yǎng)的不同,將汽車工程實(shí)踐教學(xué)分為三層次,即基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)通過專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握基本知識、基本技能,夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ);綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)用于提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決工程實(shí)踐問題的能力;創(chuàng)新提高性實(shí)驗(yàn)主要面向優(yōu)秀學(xué)生,著眼于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和研究創(chuàng)新意識。
2.教學(xué)內(nèi)容模塊化。
根據(jù)我校汽車工程實(shí)踐教學(xué)的目的定位,將現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,建立如下四個(gè)教學(xué)模塊或平臺(tái)。
①汽車基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,包括汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、整車性能實(shí)驗(yàn)、汽車電子電器實(shí)驗(yàn),此外還包括工科理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等。通過本模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生掌握汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚摗⑵囯娮拥然A(chǔ)知識應(yīng)用能力。
②綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,包括汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、汽車CAE實(shí)驗(yàn)、汽車性能仿真實(shí)驗(yàn)、汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等,其主要作用是讓學(xué)生能夠根據(jù)綜合利用理論所學(xué),通過包括汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽車性能仿真分析等實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)自己的綜合設(shè)計(jì)能力和分析解決問題能力。
③實(shí)踐技能實(shí)訓(xùn)模塊,包括汽車駕駛實(shí)習(xí)、發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)、整車拆裝實(shí)習(xí)、汽車維修實(shí)訓(xùn)等,以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作和動(dòng)手能力。
④研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái),根據(jù)我校實(shí)際特點(diǎn),建立了包括大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地、汽車碰撞安全實(shí)驗(yàn)室、汽車安全仿真實(shí)驗(yàn)室、汽車零部件性能實(shí)驗(yàn)室等。這些是學(xué)生參加科技活動(dòng)、獲取科學(xué)研究方法的基地,重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力。
3.教學(xué)模式開放化。
建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約,形成以學(xué)生為主體的開放性、自主性、創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目的開放,不但提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享程度和使用率,給學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了良好的實(shí)踐環(huán)境,同時(shí)也為學(xué)生擁有扎實(shí)、寬厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)提供了硬件保障。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞:汽車工程;CFD技術(shù);應(yīng)用
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.135
1 汽車外流場分析
1.1 車身整體外部流齜治
近年來, 隨著賽車行業(yè)的不斷興起,對于賽車的要求也越來越高。傳統(tǒng)的賽車具有穩(wěn)定性差、操作不靈活等缺陷。為了彌補(bǔ)這一缺陷,越來越多的設(shè)計(jì)師絞盡腦汁。其中,CFD技術(shù)可以對車身表面的壓力場、速度場、氣動(dòng)力以及啟動(dòng)力矩進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算,最終得出風(fēng)阻系數(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)。目前,CFD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè),以設(shè)計(jì)師SatyanChandra為例,此設(shè)計(jì)師應(yīng)用CFD技術(shù)對車身外形的流場進(jìn)行計(jì)算,降低了賽車在戶外的空氣阻力,提高了賽車運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)師高富東利用RNGK-ε湍流模型、流體體積法(VOF)和壓力隱式算子分割(PISO)算法,對兩棲車車體的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,解決了傳統(tǒng)兩棲車在行進(jìn)過程中誤差不斷加大的缺陷。王新宇等設(shè)計(jì)師則對流罩狀態(tài)、駕駛室與貨箱間距和側(cè)防護(hù)板的風(fēng)阻進(jìn)行分析,研究降低其阻力的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:導(dǎo)流罩對降低帶貨箱的阻力有著不可代替的重要作用。
1.2 汽車局部流場分析
隨著人民物質(zhì)需求的不斷增加,人們的安全意識與審美意識都在不斷地提高。所以,對于汽車行業(yè)來說,汽車設(shè)計(jì)在保證安全的同時(shí)也必須保證外形以及細(xì)節(jié)的美觀。傳統(tǒng)汽車的整車外流場普遍具有噪聲大、形式復(fù)雜的缺陷,而導(dǎo)致這些缺陷的主要原因在于:車輪、門把手的局部流場過大。因此,近年來設(shè)計(jì)師的主要改革方向都是針對于局部套件而進(jìn)行的,人們也越來越希望局部套件對整車性能的影響力度最小化。相關(guān)研究人員利用Fluent軟件分別研究了三種情況:第一,側(cè)窗全連接后視鏡基座模型;第二,側(cè)窗半連接后視鏡及做模型;第三 ,門外板連接后視鏡基座模型;分析了三種情況對車身附近流場的影響情況。研究結(jié)果表明:門外板連接基座的造型加大了側(cè)窗氣流的流通性,同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪又加大了車身下部的氣流。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),會(huì)降低車身附近以及汽車側(cè)面與地面的阻力數(shù)值。傅立敏通過研究影響汽車外流暢的因素時(shí)發(fā)現(xiàn),車輪輻板的面積與孔數(shù)跟整車以及車輪的氣動(dòng)阻力有著一定的聯(lián)系。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)分析
2.1 進(jìn)排氣過程分析
由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動(dòng)具有復(fù)雜、變化性強(qiáng)以及分布不均的特點(diǎn),所以,一般的方式無法準(zhǔn)確地判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部情況。但是利用CFD技術(shù)可以準(zhǔn)確地模擬出發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)的氣體流動(dòng)、速度以及湍動(dòng)能的分布情況。根據(jù)研究,不難發(fā)現(xiàn),由于空氣濾清器在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有著不可替代的重要作用,所以其質(zhì)量的優(yōu)劣程度也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能(例如:使用壽命、經(jīng)濟(jì)性)的主要因素之一。綜上所述,相關(guān)研究人員利用CFD技術(shù)研究了空氣濾清器的內(nèi)部流場,具體分析了各種因素對空氣濾清器的影響規(guī)律以及各因素之間的潛在聯(lián)系。進(jìn)氣道也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)的重要因素之一,其合理性是混合氣體形成、更換的重要環(huán)節(jié),其中螺旋進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)是整個(gè)氣道設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。
研究人員對高升功率柴油機(jī)高壓差螺旋進(jìn)氣道進(jìn)行了CFD穩(wěn)態(tài)分析,利用分析結(jié)果對一維非定常模型進(jìn)行氣門流通系數(shù)修正,根據(jù)修正的仿真模型進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道具有良好的進(jìn)氣性能。研究人員利用CFD技術(shù)對排氣系統(tǒng)中緊耦合催化轉(zhuǎn)化器、二級催化轉(zhuǎn)化器、主消聲器和副消聲器等部件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析其流動(dòng)特性,找出各部件排氣背壓的產(chǎn)生原因并改進(jìn)結(jié)構(gòu),得到了很好的效果。
2.2 缸內(nèi)分析
隨著環(huán)保理念的深入人心,以及油費(fèi)價(jià)格的不斷上漲。促使出現(xiàn)了一些循環(huán)利用性較強(qiáng),較為環(huán)保的新技術(shù)。例如:高壓電控噴射、汽油直接噴射等。但是,新技術(shù)的產(chǎn)生也要求相關(guān)人員必須提高自身的專業(yè)素養(yǎng),增強(qiáng)對發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的工作流程以及細(xì)節(jié)內(nèi)部的了解程度。但是,利用CFD技術(shù)能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)的工作流程以及內(nèi)部細(xì)節(jié)簡單化,讓每一個(gè)工作人員能夠更加顯而易見地明白與了解缸內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)過程、燃油粒子的空間分布、燃燒過程的進(jìn)展?fàn)顩r。
相關(guān)人員進(jìn)行了以下三種研究:第一,對發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部常用的物理模型、計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)進(jìn)行分析,總結(jié)其各自的特點(diǎn);第二,利用CFD技術(shù)對噴霧破碎模型的孔式噴嘴流動(dòng)模型和基于表面波不穩(wěn)定性理論的WAVE模型、KH-RT模型、HuhGosman模型和LISA模型進(jìn)行深入分析;第三,對針閥偏心時(shí)各噴孔內(nèi)部空穴的特性進(jìn)行分析,其結(jié)果顯示:影響噴孔出口流動(dòng)分布的主要因素在于:入口處的低壓回流區(qū)域。內(nèi)燃機(jī)的燃燒過程具有一定的復(fù)雜性,相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明:內(nèi)燃機(jī)的燃燒模型、CFD技術(shù)、湍流特性以及化學(xué)特性之間存在著相輔相成的關(guān)系。
2.3 艙熱管理分析
發(fā)動(dòng)機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有熱環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn),這就要求設(shè)計(jì)師必須注重這一特征,根據(jù)這一特征展開設(shè)計(jì)。若發(fā)動(dòng)機(jī)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理就會(huì)出現(xiàn)冷卻空氣不流通、艙內(nèi)溫度過高的現(xiàn)象。相關(guān)研究人員根據(jù)Fluent軟件模擬了發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)氣體流動(dòng)的情況,結(jié)果顯示:導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)艙過熱的根本原因在于:冷卻氣體的回流。根據(jù)這一現(xiàn)象,相關(guān)研究人員建議利用增加阻風(fēng)板的方式,降低艙內(nèi)的溫度,保證冷卻空氣的正常流動(dòng)。研究人員還計(jì)算了艙內(nèi)的空氣流動(dòng)數(shù)值以及傳熱數(shù)值,對不同大小風(fēng)扇在艙內(nèi)的不同情況進(jìn)行分析,總結(jié)排氣窗位置的不同,對艙內(nèi)冷卻效果的不同影響。
3 結(jié)語
汽車的設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)系統(tǒng)性的工程,我國的汽車工業(yè)應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)制造能力出發(fā)通過不斷積累提升自身的基礎(chǔ)制造能力,同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)可以對汽車進(jìn)行前衛(wèi)的設(shè)計(jì),為汽車的生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),降低汽車后期的生產(chǎn)成本提升汽車的可靠性。
參考文獻(xiàn):
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中國汽車工程學(xué)會(huì)于2003年10月14日~16日在北京昆侖飯店舉行“中國汽車工程學(xué)會(huì)成立40周年慶祝大會(huì)暨2003中國汽車工程學(xué)術(shù)年會(huì)”。參加慶祝活動(dòng)的有對汽車工業(yè)做出重要貢獻(xiàn)的老一代專家、工作在科研生產(chǎn)一線的中青年科技工作者、大型企業(yè)集團(tuán)、科研單位和大專院校的專家學(xué)者,以及三資企業(yè)、民營企業(yè)的代表,還有長年默默無聞、辛勤勞動(dòng)的學(xué)會(huì)工作者,也有團(tuán)體會(huì)員、個(gè)人會(huì)員、海外會(huì)員的代表共300多人。國家有關(guān)部委的領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的領(lǐng)導(dǎo)、國內(nèi)外各兄弟“學(xué)會(huì)”也派代表出席了會(huì)議。李嵐清同志專門發(fā)來了賀信,周光召同志特別題寫了賀詞。
中國汽車工程學(xué)會(huì)1963年8月31日成立于長春,在期間,學(xué)會(huì)工作曾一度中斷,在改革開放的80年代開始恢復(fù)正常工作,先后有、胡亮、張興業(yè)同志擔(dān)任一至五屆學(xué)會(huì)理事長。中國汽車工程學(xué)會(huì)不斷發(fā)展,形成了由學(xué)術(shù)交流、國際合作、科技展覽、書刊出版、工程師繼續(xù)教育、科普宣傳等組成的核心業(yè)務(wù),創(chuàng)辦了一批在行業(yè)中有很高知度名的精品活動(dòng)或項(xiàng)目,并且作為國際汽車工程師學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)的理事單位、國際太平洋地區(qū)汽車工程師會(huì)議的發(fā)起國之一,與世界各國汽車工程學(xué)會(huì)和知名汽車企業(yè)建立了廣泛的友誼,在國內(nèi)外汽車界的影響日益擴(kuò)大。
進(jìn)入21世紀(jì),汽車學(xué)會(huì)將過去主要面向企業(yè)提供咨詢服務(wù)轉(zhuǎn)為面向政府、行業(yè)、企業(yè)提供全方位的服務(wù)。從而使汽車學(xué)會(huì)在行業(yè)中的作用正在被更多的政府部門和相關(guān)部門所認(rèn)知。建立了汽車專家?guī)欤财刚埩似囆袠I(yè)20多個(gè)領(lǐng)域里的179名學(xué)科帶頭人作為中國汽車工程學(xué)會(huì)的特聘專家,參與國家汽車工業(yè)科技發(fā)展戰(zhàn)略方面有關(guān)課題的研究,以及汽車行業(yè)重大科研課題的研究和世界汽車技術(shù)發(fā)展跟蹤等一系列涉及我國汽車工業(yè)科技發(fā)展方向等有關(guān)方面的研究,為推動(dòng)我國汽車科技進(jìn)步發(fā)揮了重要作用。近年來,學(xué)會(huì)的工作和在行業(yè)中的作用越來越受到政府有關(guān)部門的重視,凡是涉及到汽車行業(yè)發(fā)展的重大政策的制定,都有學(xué)會(huì)的有關(guān)專家參與,受政府和相關(guān)部門的委托參與產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大問題的調(diào)研和論證工作有所增加。學(xué)會(huì)代表汽車科技界所提出的意見和建議國家有關(guān)部門非常重視,許多重要的觀點(diǎn)得到采納,使汽車工業(yè)的科技發(fā)展能夠遵循一條適合中國汽車工業(yè)實(shí)際情況的技術(shù)路線。
要把汽車工業(yè)從汽車生產(chǎn)大國建成汽車工業(yè)的生產(chǎn)強(qiáng)國,科技發(fā)展是先導(dǎo),中國汽車工程學(xué)會(huì)作為汽車行業(yè)科技工作者的組織在這一進(jìn)程中是大有作為的。現(xiàn)代化的汽車工業(yè)是以電子化和信息化為根本途徑,現(xiàn)代科技會(huì)越來越多地被應(yīng)用于汽車生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。
汽車學(xué)會(huì)正在嘗試開辟新的領(lǐng)域,充分利用學(xué)會(huì)的資源為行業(yè)的發(fā)展做更多的工作。今年汽車學(xué)會(huì)與國外合作,成立了世隆華汽車商務(wù)咨詢有限責(zé)任公司,開辦了學(xué)會(huì)的第一個(gè)網(wǎng)上刊物“汽車每日咨詢”,用最快的時(shí)間為行業(yè)提供國際汽車動(dòng)態(tài)。最近又與搜狐網(wǎng)合作,共同開辦了“搜狐數(shù)字車展”,充分利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢,用一種全新的形式展示中國汽車的發(fā)展水平,使廣大的網(wǎng)絡(luò)用戶在最快的時(shí)間內(nèi)了解汽車產(chǎn)品的最新信息,同時(shí)為企業(yè)搭建一個(gè)長期的產(chǎn)品展示平臺(tái)。
關(guān)鍵詞:應(yīng)用性本科教育;汽車工程;實(shí)踐教學(xué);人才培養(yǎng)
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)16-0080-02
實(shí)踐教學(xué)是高校本科教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié),是提高人才素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要途徑,承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合分析和解決工程實(shí)踐問題的能力的重任,是理論教學(xué)無法替代的。我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展使得對汽車類人才需求日益提高。在這種背景下,高等學(xué)校特別是應(yīng)用型本科高校對汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)正向著復(fù)合型人才和實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的趨勢發(fā)展。根據(jù)調(diào)研,目前受企業(yè)歡迎的汽車工程畢業(yè)生具有如下特點(diǎn):一是對汽車專業(yè)感興趣,專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)。二是實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)。三是善于思考和解決新問題。這就要求高校培養(yǎng)的汽車工程專業(yè)學(xué)生不僅要掌握扎實(shí)的汽車專業(yè)知識,還要有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力和一定創(chuàng)新思維能力。然而,目前汽車工程畢業(yè)生存在的最主要問題是動(dòng)手能力較弱、解決工程實(shí)際問題能力較差。原因之一就是現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)體系存在較多需完善甚至需革新的地方。本文擬以長沙理工大學(xué)為例,針對汽車工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)對實(shí)踐性教學(xué)做系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,以期提高汽車工程的實(shí)踐教學(xué)水平,滿足社會(huì)及企業(yè)對復(fù)合型實(shí)踐性汽車工程專業(yè)人才的需求。
一、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)思路
1.明確實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)及任務(wù)。汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的“三種能力”,即基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力、工程綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此,汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)遵循理論和實(shí)踐并重的原則,以基本原理、基本方法為基礎(chǔ),加強(qiáng)設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),注重實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的交叉融合,并強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)際技能訓(xùn)練,充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和手段,實(shí)施開放式實(shí)踐教學(xué)管理模式實(shí)現(xiàn)資源共享,全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。
2.整合優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。針對汽車行業(yè)對專業(yè)人才的需求新特點(diǎn),汽車工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)在繼承傳統(tǒng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上創(chuàng)新,通過對原有實(shí)驗(yàn)課程的整合,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系的整體優(yōu)化。按照基礎(chǔ)性、綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的“三層次”要求精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如,經(jīng)論證后刪除了原有的內(nèi)容陳舊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,其內(nèi)容在汽車實(shí)習(xí)中完成,合并內(nèi)容重復(fù)或類似的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比重,提高設(shè)計(jì)性試驗(yàn)項(xiàng)目的比重,增加并充實(shí)與工程結(jié)合的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容,使基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)所占比例≤15.%;重新編寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,將部分教師科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)施以科研促教學(xué),增加了綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。同時(shí)進(jìn)一步推廣和完善了汽車構(gòu)造類實(shí)驗(yàn)的教改成果,以現(xiàn)行的汽車工程實(shí)驗(yàn)體系為基礎(chǔ),根據(jù)交通、機(jī)械大類的汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要,構(gòu)建適合大交通學(xué)科的汽車工程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系,獨(dú)立設(shè)置汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、汽車電器與電子實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課,進(jìn)行單獨(dú)考核。
3.協(xié)調(diào)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改進(jìn)教學(xué)模式。重視基礎(chǔ)訓(xùn)練,從基礎(chǔ)到綜合、從設(shè)計(jì)到研究探索循序漸進(jìn),符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。通過建立開放型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為學(xué)生自主創(chuàng)新試驗(yàn)和教師科研創(chuàng)造了有利條件。做到了教學(xué)、科研、學(xué)科三位一體,實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)并重,兩者分工聯(lián)系,在教學(xué)內(nèi)容上融合,在功能上互為補(bǔ)充,在時(shí)間安排上互相協(xié)調(diào),合理銜接,實(shí)現(xiàn)了三個(gè)轉(zhuǎn)變,即從單一的專業(yè)教育向全面素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變,從傳授知識向培養(yǎng)知識遷移能力、創(chuàng)新能力的轉(zhuǎn)變,從教師為中心向教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體的轉(zhuǎn)變。
4.構(gòu)建開放式教學(xué)平臺(tái)提高利用效率。實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)條件,針對學(xué)生能力要求與培養(yǎng)層次目標(biāo),需配備多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在加大實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備建設(shè)的同時(shí),更重要的是構(gòu)建開放式實(shí)踐教學(xué)共享平臺(tái),提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用效率。
二、實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)內(nèi)容
根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)定位及建設(shè)思路,將汽車工程實(shí)踐教學(xué)體系細(xì)分為如下頁圖1所示的包括三個(gè)教學(xué)層次、四大教學(xué)模塊及三種教學(xué)模式。
1.教學(xué)定位的層次化。根據(jù)能力培養(yǎng)的不同,將汽車工程實(shí)踐教學(xué)分為三層次,即基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)通過專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握基本知識、基本技能,夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ);綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)用于提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決工程實(shí)踐問題的能力;創(chuàng)新提高性實(shí)驗(yàn)主要面向優(yōu)秀學(xué)生,著眼于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和研究創(chuàng)新意識。
2.教學(xué)內(nèi)容模塊化。根據(jù)我校汽車工程實(shí)踐教學(xué)的目的定位,將現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,建立如下四個(gè)教學(xué)模塊或平臺(tái)。①汽車基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,包括汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、整車性能實(shí)驗(yàn)、汽車電子電器實(shí)驗(yàn),此外還包括工科理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等。通過本模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生掌握汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚摗⑵囯娮拥然A(chǔ)知識應(yīng)用能力。②綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,包括汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、汽車CAE實(shí)驗(yàn)、汽車性能仿真實(shí)驗(yàn)、汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等,其主要作用是讓學(xué)生能夠根據(jù)綜合利用理論所學(xué),通過包括汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽車性能仿真分析等實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)自己的綜合設(shè)計(jì)能力和分析解決問題能力。③實(shí)踐技能實(shí)訓(xùn)模塊,包括汽車駕駛實(shí)習(xí)、發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)、整車拆裝實(shí)習(xí)、汽車維修實(shí)訓(xùn)等,以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作和動(dòng)手能力。④研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái),根據(jù)我校實(shí)際特點(diǎn),建立了包括大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地、汽車碰撞安全實(shí)驗(yàn)室、汽車安全仿真實(shí)驗(yàn)室、汽車零部件性能實(shí)驗(yàn)室等。這些是學(xué)生參加科技活動(dòng)、獲取科學(xué)研究方法的基地,重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力。
3.教學(xué)模式開放化。建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約,形成以學(xué)生為主體的開放性、自主性、創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目的開放,不但提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享程度和使用率,給學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了良好的實(shí)踐環(huán)境,同時(shí)也為學(xué)生擁有扎實(shí)、寬厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)提供了硬件保障。
改革和完善實(shí)踐教學(xué)體系必須以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為目標(biāo)。本文以長沙理工大學(xué)汽車工程實(shí)踐教學(xué)體系為例,以“三種能力”培養(yǎng)為主線,從明確實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)及定位、完善實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建開放式教學(xué)模式等方面,對應(yīng)用型本科汽車工程實(shí)踐教學(xué)體系開展了深入探討。該體系目前在我校已經(jīng)取得初步的成果,批準(zhǔn)成立了汽車工程省級實(shí)踐教學(xué)中心,對培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力、工程綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神具有一定的參考意義。
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