在产品设计中,有关产品的结构、功能、生产工艺及维护性能等许多问题都需要在开发过程的前期得到解决。传统上,人们借助理论分析和各种比例的实物模型,并参考先前的设计经验来解决这些问题。由于有关装配、操作和维护的问题往往只会在设计后期或在最终产品试验过程中、甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来,所以有时产品就不得不返回到构造设计阶段以进行必要的变更,这样的产品开发程序周期长、费用高。产生这个问题的原因是产品在前期设计阶段,缺乏试验用的样机,不可能取得足够的实际经验以避免设计中潜在的缺陷。随着现代计算机仿真和网络通讯技术的发展,虚拟设计(Virtual Design,VD)技术的兴起将提供解决这些问题的新方法。在设计初期,可直接在虚拟环境(计算机环境)中创建产品模型,即虚拟样机(Virtual Prototyping,VP),并将其置于虚拟环境中进行试验。这样不仅可以使产品的结构和功能得到模拟,而且其人机交互性能也能得到测试,使产品的部分缺陷在最初的设计阶段就能被及时发现并加以解决,从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案。本文是虚拟设计理论在动力机械产品设计中的实践,以汽车发动机为对象,将虚拟样机技术进行了初步的应用,实现了仿真方法对内燃机设计的指导作用,将热动类专业理论、计算机仿真技术与CAD 进行融合,形成一种针对动力机械的高效的设计方法。从内燃机的样机设计到虚拟试验,完全是在三维可视化数字环境下进行的。样机设计过程是在选定设计条件后,利用参数化模型设计软件进行零件设计和整机装配。虚拟试验包括:结构试验、热力试验、流体动力试验、机械试验。其中结构试验和热力试验部分利用有限元仿真工具对内燃机的某些部件(如活塞)进行了分析,得到了零件应力和疲劳强度的分布规律;流体动力试验部分利用了计算流体动力学分析(CFD)工具进行了缸内过程(如压缩过程)的流体动力学仿真,得到了缸内流场、温度场和压力场的分布和变化规律;机械系统试验部分是通过机械系统动力学分析工具对内燃机的主运动系进行动态仿真试验,得到动力学参数在内燃机工作时的变化过程。本文是虚拟样机技术在内燃机主体部分设计中的初步应用,以说明整个设计(包括试验)的可行性和可靠性,对未来的实际设计和制造有一定的指导意义。可以预计,传统机械系统实物设计与试验的研究方法,将在很大程度上会被迅速发展起来的数字化仿真技术所取代。