MWM395柴油机机体模态分析

［"］ 谭达明 % 内燃机噪声控制 ［&］ 西南交通大学出版社， % 成都： "’’! % ［#］ 刘德海， 孙德林， 钱 ［$］ 申屠淼， 王绍娟， 苏 程， 等 % ()""*+ 柴油机齿轮室盖有限元模态分析 ［ ,］ （$） ： % 洛阳工学院学报， #***， #" $" - $! % 军 % (."*+ 直喷式柴油机机体动态分析 ［ ,］ （#） ： % 内燃机工程， "’’$， "! /# - // %
第 && 卷 第 & 期 &’’! 年 >月
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文章编号： （&’’!） !’’’ % )’*’ ’& % ’’$$ % ’$
+,+(") 柴油机机体模态分析
相似文献(10条) 1.会议论文 孙丽萍.王生武.林鹏.张健.吴昌华.王平 大功率柴油机机体疲劳设计的研究 2007
本文提出了确定机体疲劳寿命的一个新方法。考虑到当转速一定时,柴油机一个循环内工作负荷的变化规律也是一定的,而额定工况下机体应力 对其疲劳寿命影响最大,于是本文只做机体额定工况下的动力响应计算,并以此代替动应力的测试,其它工况忽略不计,也就是以相对寿命的计算代替 绝对寿命的计算.既避免了危险点疲劳应力的测试,又节省了大量的计算工作。本文以16V240ZJD柴油机机体为例,用上述办法进行了疲劳设计,求出了 其相对疲劳寿命,并提出了结构改进措施,将相对寿命提高90％以上。
（4） 第三阶 （7==61） 和第四阶 （=="61） 为机体裙部开合振型。两外侧板作反向振动， 为板的模态振 动。
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各种方案分析比较
［7］ 减少机体噪声辐射的关键是提高曲轴箱部分的刚度、 减少气缸的振幅和改变其频率 。在对该机
体结构不做很大的改动的情况下， 通过对机体建立不同的模型， 进行了 3: 种方案分析计算， 以考察各种 方案对结构刚度的影响。几种典型情况的模态分析与原机体的分析结果如图 5 所示。 根据以上分析， 发现对 >?>5=@ 柴油机机体的刚度影响结果如下。 （3）机体底部法兰边的宽度对整个机体的刚度影响比较大。增加宽度主要是提高其横向抗弯截面 模量， 有利于提高其横向弯曲刚度和降低裙部开合中造成的局部弯曲。 而且降低了机体的固有频率。但是在裙部的 （"）对机体裙部加竖筋对机体的刚度几乎没有影响， 下部加纵筋明显提高了机体的固有频率， 提高了机体的刚度。 万 方数据 （5）通过对机体裙部侧板的各个位置加厚至 7AA 所得结果比较后发现， 在机体裙部与曲轴中心线
（3） 机体气缸体部位由于水套的存在， 刚度相 对较高， 而机体裙部的刚度较差， 尤其是裙部下部 两端振幅最大， 此处的辐射噪声较强， 是机体的薄 弱环节。应该着重加强机体裙部的刚度。 （"） 机体的一阶振型 （45361） 为扭转振型， 节线 位置在横隔板的中部， 沿曲轴轴线方向。 （5） 二阶 （77361） 振型机体做横向弯曲。
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结构振动方程的求解
根据有限元法建立的结构自由振动方程为： ［ !］ ［ # " $］ # ?’ ［ $］ — — ——结构刚度矩阵
作者简介： 孙德林 （!"#$ % ） ， 男， 山东省莱阳人， 硕士生 收稿日期： &’’’ % !体有限元网格图
式中 ［ ! ］— — ——结构质量矩阵 （采用一致质量矩阵， 有利于提高计算精确度）
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模态分析结果
该柴油机机体提取了除去刚体模态后的前二十阶模态分析结果， 限于篇幅， 这里只给出了前四阶振
型图， 表 3 为机体振动频率的计算结果与公司提供的实测结果的比较。由图 " 及表 3 可以看出。
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机体前四阶振型图 表" 模态 3 " 5 4 振动频率的计算值和实测值的比较 计算值 861 453 773 7== ==" 试验值 861 43: 747 :3" 3$$3 误差 8 9 5 ; 33 4 ; 3< 3;3 $ ; :=
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平行的位置上加厚提高了机体的刚度。因为此机体是深龙门型的机体， 所以裙部的振动形态种类繁多， 大量的表现为裙部的开合和弯曲形态， 在机体裙部与中心线位置加厚有利于控制机体的裙部曲轴中心 线以下部分的开合。 （!）对主轴承周边、 曲轴箱上端横隔板加厚对机体的刚度也有明显的提高。通过对竖隔板加厚后 的固频与原来的机体的固频相比较， 只是增加了少数几阶的固有频率， 说明竖隔板的厚度对此机体的整 体刚度影响不大。
万方数据
MWM395柴油机机体模态分析
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 孙德林， 杜发荣， 卫尧 洛阳工学院汽车工程系, 洛阳工学院学报(自然科学版) JOURNAL OF LUOYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2001，22(2) 12次
［!］ 张标标， 张宗杰， 陈正翔， 等 % 柴油机机体的模态试验与分析法 ［ ,］ ，$） % 实验力学， "’’0（ % ［+］ 靳卫新， 陈国华， 王海成， 等 % 大功率柴油机机体三维模态分析 ［ ,］ ，#） ： % 内燃机学报， "’’/（ #"# - #"+ % ［1］ 赵幼平 % 轻型车动力总成模态分析 ［ ,］ ，#） ： % .234 中国通讯， "’’0（ ## - #! % ［/］ 钱人一 % 汽车发动机噪声控制 ［&］% 上海： 同济大学出版社， "’’0 %
第"期
孙德林等： >?>5=@ 柴油机机体模态分析
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对上式进行坐标变换， 将有限元物理坐标变换成模态坐标， 得到广义特征方程如下：
" （ ［ !］ ） ｛# ｝ ! !［ "］ #｛ $｝
式中 ｛# ｝ — — —特征向量 — —角频率 !— 求解该式即可得到 $ 个特征解， 从而求出结构的振动频率与振型， 确定结构的振动特性。振动模 ［"］ 态求解是在 %&’( 公司的 ) ! &*+% 软件平台上完成的。计算时采用最新的模态求解方法 ,-./012 法 ， 大大提高了计算效率和精度。
参考文献(7条) 1.谭达明 内燃机噪声控制 1994 2.刘德海.孙德林.钱程 ZH1105柴油机齿轮室盖有限元模态分析[期刊论文]-洛阳工学院学报(自然科学版) 2000(03) 3.申屠淼.王绍娟.苏军 ZS105直喷式柴油机机体动态分析 1993(02) 4.张标标.张宗杰.陈正翔 柴油机机体的模态试验与分析法 1998(03) 5.靳卫新.陈国华.王海成 大功率柴油机机体三维模态分析[期刊论文]-内燃机学报 1997(02) 6.赵幼平 轻型车动力总成模态分析 1998(02) 7.钱人一 汽车发动机噪声控制 1998
孙德林， 杜发荣， 卫 尧
（洛阳工学院 汽车工程系， 河南 洛阳 $#!’("） 摘要： 柴油机机体是发动机基础结构之一， 其模态特性对发动机辐射噪声影响显著。本文应用有限元法在 运用 2345 - % ./01 软件平台上对 +,+(") 柴油机机体进行了模态分析。首先建立了机体的有限元模型， 建立了各种不同 67839 法对该模型求解并分析了模态计算结果。然后在机体结构不做大的改动的情况下， 的机体模型并求解。通过对各方案所求结果的比较， 提出一种提高深龙门型机体刚度的方法， 同时为机体 的动态响应分析提供了可靠的动力学模型。 关键词： 柴油机； 机体； 有限元法； 模态分析； 振动频率 中图分类号： !"#$%&’ 文献标识码： (
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前言
机体是内燃机的骨架， 各种原始的和诱发的二次激振力， 都以不同形式最终作用在机体上， 引起机
［!］ 体以及装在机体上的各种零部件的复杂振动并产生噪声辐射 。机体的振动模态对整机的动态性能有
着重要的影响。通过对机体的模态分析， 可以发现机体的薄弱环节， 为机体结构改进优化提供依据。 目前对机体的模态分析， 大多采用试验方法， 例如文献 ［&， 对柴油机机体进行了模态试验和分析， (］ 在对机体的有限元模态分析方面， 文献 ［$］ 对一大功率柴油机机体进行了分析， 其模型用的是六面体实 体单元， 在产生正确的有限元模型后， 并没有进一步对机体做多个方案基础上的改进优化。 某柴油机公司从德国引进的 +,+(") 柴油机的机体是典型的深龙门型机体， 在使用中发现该机体 的裙部位置振动激烈， 致使整机噪声值偏高， 针对这一问题， 本文用有限元法计算该机体自由模态， 共建 立了 !* 种不同的模型。通过对分析结果的比较分析， 为机体的改进提供一定的思路。
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结论
（"） 本文采用的分析手段计算所得的机体自由模态值与试验结果相对吻合， 表明计算结果是可信 的， 所建立的有限元模型及计算方法是正确的。 （#） 利用板壳单元、 梁单元和实体单元三者结合建立机体的有限元模型， 既减少了计算规模， 又保证 了计算精度。 （$） 通过对各种机体模型方案的比较， 为提高深龙门型机体裙部刚度提供了依据。 （!） 本文计算所得的自由模态为下一步进行该机体的动力响应分析奠定了良好的基础。 参考文献：
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有限元模型的建立
柴油机的机体结构复杂，在构造发动机计算模型时均作必要的简
化。对安装附件用的凸台及影响不大的螺纹孔、 水孔、 油孔都不予考虑。 缸体的单元划分时， 内壁、 外壁等部位用壳单元模拟； 加强筋等用梁单元 模拟； 主轴承盖用实体六面体单元模拟， 这样既大大减少了计算量， 又能 保证有很好的精度。在建模过程中， 采用的建模工具是 -5./01 +39:;< 整个模型共划分出 &!(’$ 个 9;<=;9 # 软件。图 ! 为所建机体有限元模型， 壳单元， &)>’ 个实体单元， (*> 个梁单元， "’’# 个节点。