随着车辆高速化和轻量化要求的不断提高,对发动机的功率、体积和重量的要求也不断提高。目前,发动机的设计日益向着提高效率、增加可靠性、减轻重量、降低燃油消耗率以及降低排放等方向发展,其强化指标不断提高,导致零部件工作条件恶化,经常出现疲劳破坏等问题,严重影响发动机工作的可靠性,已成为社会和生产企业面临的严峻问题。并且由于疲劳破坏的产生具有隐蔽性和突然性,往往没有很明显的征兆,易造成巨大的损失。因此开展发动机结构系统瞬态响应分析的研究,及时发现发动机主要结构件的强度问题和疲劳问题,对于提高发动机工作的可靠性具有重要意义。本文以某单缸大排量发动机为研究对象,结合发动机的结构组成和工作特点,综合考虑计算精度和求解时间这个建模的根本问题,建立了发动机机体组件、曲柄连杆机构、平衡轴和动力总成悬置系统的瞬态响应分析有限元模型,进行了发动机多转速工况的瞬态响应仿真分析,计算了发动机主要零件在这些工况下的动态应力和疲劳寿命,并找到了该发动机的结构强度薄弱环节,提出了有效的改进措施。整篇论文的研究工作和成绩归纳如下:①论文以滚动轴承及其轴承座的瞬态有限元仿真为例,重点研究了发动机结构系统瞬态有限元分析中,各零件之间动态结合部与静态结合部的有效处理方法,为进行整机的动态仿真奠定了基础;②论文针对发动机机体整机结构复杂、零件众多的具体情况,从平衡计算时间与计算精度矛盾的角度出发,在确保计算精度的情况下,根据各零件的工作原理与受力情况,对各重要的结构零件与部位进行了详细处理、对次要的部位进行了适当的简化处理,合理建立了各零件之间的连接关系、接触关系、运动关系,最后得到整机的有限元瞬态分析有限元模型;③论文还针对机体组件为发动机的骨架和核心部件,建立了机体组件模态分析的有限元模型,对其进行了自由模态和约束模态分析,得到了机体组件在自由和约束条件下的固有频率和振型。同时分析了机体组件的模态特征和振型特点,确定了机体的薄弱区域,为后续的瞬态响应分析和疲劳寿命分析提供了一定的指导。④在考虑发动机机体组件、曲柄连杆机构、平衡轴和动力总成悬置系统等相互作用的前提下,并根据发动机的各种工况确定了载荷和边界条件,对发动机进行了六种工况、每种工况下含五个工作循环时间的瞬态响应分析,得到了各零部件的动态应力分布情况;⑤在发动机结构系统瞬态响应分析的基础上,对发动机典型零部件进行了疲劳寿命分析,得到了各零部件在发动机不同转速工况时的疲劳寿命情况;⑥根据瞬态响应及其疲劳寿命分析的结果,针对发动机中在结构强度方面存在问题的零部件,提出有针对性的改进建议,并通过再分析验证改进方案的可行性。