成果名称：基于结构优化的单缸柴油机等强度轻量化设计开发技术
成果编号：鉴字[教CW2010]第016号 当前，我国农用单缸柴油机行业竞争尤为激烈，且钢材、生铁、焦炭等原材料大幅涨价，生产成本不断增加，给单缸柴油机企业带来了巨大的冲击。为了应对原材料市场的冲击，更着眼于长远提升企业的核心竞争力，开展单缸柴油机等强度轻量化设计研究项目，旨在通过先进的分析方法和设计手段实现整机减重，降低生产成本、消化市场的冲击，并尝试建立一种柴油机结构现代设计模式，以全面升级企业的产品开发、改进水平和提高产品的质量。
本成果在浙江大学与浙江四方集团公司合作开展的“单缸柴油机机体等强度轻量化设计研究”项目的基础上，采用实验与有限元仿真相结合的方式，对单缸柴油机的模态、动态特性、强度、可靠性及热机耦合问题等进行了系统研究，形成了一套可靠的单缸柴油机等强度轻量化设计开发流程：
1) 在轻量化设计方面，通过多体动力学方法，搭建了单缸柴油机的虚拟样机模型，将实测的气缸内气体爆发压力作为模型的激励，得到了机体的动态边界条件和动态载荷，实现了机体动态强度分析；
2) 在机体静强度分析方面，首次考虑了气缸垫片的非线性行为、机体组件间的接触等非线性特征，使机体应力分布的计算更加准确；
3) 分析中考虑了温度场的影响，根据热机耦合计算结果，评估机体轻量化设计前后的应力分布、燃烧室的密封性等，确保轻量化后的机体满足设计要求。
在对结构优化技术研究的基础上，综合考虑了机体铸造工艺、加工定位、附件安装等约束，应用拓扑优化和形状优化技术完成了单缸柴油机机体的等强度轻量化设计与开发。试制样机与原机型相比，S195G、S1100、S1110、S1115四款机型机体减重5~6kg，减重比10~15%，通过了200小时可靠性考核实验，改进产品的使用时间已超过5年。
四方集团应用了该项成果后，取得了明显的经济效益，截止2009年底，四种柴油机累计实现新增产值137400万元，新增利润6870万元，新增税收4122万元，节约材料费达2077.7万元。该成果支持了企业实现该类产品的出口量逐年递增，稳居国内出口量第一。该公司与浙江大学这个产学研项目的成功不仅取得了明显的经济效益，而且带动了企业的发展和技术进步，取得了的很好社会效益。
