船用柴油机机体组合结构模态分析方法
【精品】船舶柴油机轮机柴油机的结构和主要零部件
&船舶柴油机（轮机）--模块二柴油机的结构和主要零部件--黄步松主讲福建交通职业技术学院船政学院模块二柴油机的结构和主要零部件重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。
难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。
缸盖燃烧室部件缸套活塞组件主要零部件连杆曲柄连杆机构曲轴主轴承主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓单元一燃烧室部件一、燃烧室部件承受的负荷1．机械负荷机械负荷指受力部件承受气体力、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。
主要以气体力和惯性力为主。
柴油机的机械负荷有两个特点：一是周期交变；二是具有冲击性。
1）安装应力：安装应力与预紧力成正比。
因此，安装气缸盖时不应过分紧固，否则会使气缸套、气缸盖发生损伤。
另外，将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。
2）气体力：气体力是周期变化的，其最大值为最高爆炸压力，变化频率与转速有关，因而由气体力产生的机械应力也称高频应力。
由气体力产生的机械应力具有以下特点：气缸盖、活塞：触火面为压应力，冷却面为拉应力。
缸套：径向：触火面为压应力最大，冷却面为零。
切向：触火面为拉应力最大，冷却面为拉应力最小。
机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。
3）惯性力：活塞组件在缸内作往复变速运动，产生往复惯性力；曲轴作回转运动产生离心惯性力。
其大小与部件质量和曲轴转速的平方成正比。
由惯性力产生机械应力也是一种高频应力。
2．热负荷1）热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。
2）热负荷的表示方法（1）热流密度（2）温度场（3）热应力3）热负荷过高对柴油机的危害：（1）使材料的机械性能降低，承载能力下降；（2）使受热部件膨胀、变形，改变了原来正常工作间隙；（3）使润滑表面的滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至被烧掉；（4）使受热部件（如活塞顶）受热面被烧蚀；（5）使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。
柴油机机体分析方法
柴油机机体分析方法现代产品的设计与制造日益朝着高效、高速、高精度、低成本、节约资源和高性能等方面发展，传统的试验、计算分析方法不能满足要求。
在柴油机的零部件中，机体的结构和受力是比较复杂的，因此柴油机的机体设计有较大难度。
机体的设计通常要经过设计、加工、分析、试验和再设计过程，存在工作效率低、生产周期长等问题。
综合利用各类分析方法、借助计算机技术可以缩短机体的分析、试验过程，为再试验提供可靠的参数支持，从而优化产品设计达到节约成本的目的。
各类分析方法探究该课题研究国内外机体的分析方法，探究最优的机体分析方法，以保证柴油机的机体在工作过程中的可靠性和耐久性，达到柴油机机体的优化设计。
下面对机体的各种分析方法进行归纳。
静力分析和构件承载能力分析在各种结构分析类型中，静力分析是最简单的形式。
静力分析主要从静力学(静力平衡条件)、几何学(位移协调条件)、物理学(胡克定理)三方面对结构进行分析，对应的力学知识主要为材料力学、结构力学、弹性力学等。
对于发动机各零部件来说，材料力学、结构力学、弹性力学的基本任务是分析各种结构物或其构件在弹性阶段的应力和位移，校核它们是否具有所需的强度和刚度，并寻求或改进它们的计算分析方法。
静力分析和构件承载能力分析主要研究机体力系的简化以及机体在力系作用下平衡的普遍规律，机体受力作用后所发生的变形，以及介绍机体内力、应力和强度、刚度、稳定性计算的基本理论和方法。
静力分析很适合于求解机体惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响并不显著的问题。
静力分析能够分析机体稳定的惯性力(如机体重力)和能够被等效为静载荷的随时间变化的载荷作用下机体响应的问题。
动力学分析法动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可以将其分为：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
1 模态分析20世纪60年代以快速傅里叶变换(FFT)为代表的数字信号处理技术、参数识别方法以及小型计算机发展的基础上，模态分析方法应运而生，并获得了广泛的应用。
船用柴油机燃烧室结构分析
燃烧室半径
d(mm)
燃烧室外半径
D (mm)
凹坑深度
H (mm)
凹坑半径
R１(mm)
G０
G１
G２
G３
G４
G５
G６
１９．
５ １２．
０ １２．
０ １４．
５ １４．
５ １４．
５ １２．
０
６８．
１ ５７．
０ ６０．
０ ６１．
０ ６３．
８ ６５．
０ ７３．
０
６５．
０ ６５．
２ ６０．
９ ６４．
１ ６６．
１．
１ 模拟所用柴油机技术参数
表 １ 所示为模拟发动机的主要技术参数.
表 １ 发动机的主要技术参数
Tab．
１ Th
ema
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i
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发动机型式
缸径 d(mm)
活塞行程s(mm)
连杆长度 L(mm)
压缩比
/mi
标定转速 n(
r
n)
喷孔直径 d０(mm)
喷油夹角(
°)
中国机械工程第 ２８ 卷第 １８ 期 ２０１７ 年 ９ 月下半月
船用柴油机燃烧室结构分析
赵昌普 孙雅坤 王耀辉 张志刚 朱亚永
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,
３０００７２
摘要:为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排 放 的 影 响,基 于 原 机 燃 烧 室,新 设 计 了
源 危机和环境恶化的加剧,船用柴油机的 排 放 法
规也愈加严格,于 ２０１６ 年开始在氮氧化物排放控
某活塞发动机机体组合结构模态分析
M oda l ana lysis on eng ine block com b ina tion structure of a p iston eng ine L I Zhong2jie, WANG Shu2zong, L IAN Yong2qing
代入方程 :
( K - w2M )Φ = 0,
(3)
可解得其对应的各阶振型 ;
当固有频率 w i 为特征方程 ( 2) 的单根时 ,将其 代入特征矩阵 :
B = K - w2M ,
(4)
求得该特征矩阵的伴随矩阵 :
C = K - w2i M ,
(5)
则该伴随矩阵的任一非零列向量即为固有频率 w i 所
本刊将开办“学术讨论 ”专栏 ,现广泛征集讨论主题和稿件 。欢迎从事舰船科学技术的研究 、设计人员将你们工作中遇到的 问题 、难题以及设想和希望探讨的内容 ,整理成文发给我们 ,我们将请专家审定后发布在本刊上 ,广泛开展讨论 ,并将不同见解 刊出 ,供大家参考 。来稿请注明“学术讨论专栏收 ”。
近期推荐的讨论内容是 :多体船型用于驱护舰等水面舰艇的优越性可行性 。 讨论内容背景 :目前驱护舰基本上均采用单体船型 。排水船型水阻力大是其固有缺陷 ,高速航行时 ,兴波阻力最为显著 ,小 水线面双体船和穿浪双体船极大地克服了兴波阻力 ,为排水型大中型舰船提高航速开辟了新途径 。多体船型具有横向宽度大 , 适航性好 ;甲板宽大 ;可保护重要舱室 ,生存能力较强 ;减小兴波阻力 ,有利于航速提高等优点 。但多体船型亦带来干舷高 ,侧向 受风面积大 ,操纵性较差 ;结构复杂 ;船体重量增大等缺点 。 目前 ,在国内外 ,小水线面双体船和穿浪双体船用于民船 ,取得良好效果的实例已不少 。702所设计的小水线面双体船海关监 管船 2001年已交付使用 ,性能良好 ; 1 500 t的水声试验船和 2 500 t的科学考察船已完成设计 。701所设计的穿浪双体船“海峡 ”号 已交付使用 ,性能良好 。但目前真正用于军用水面舰艇的还是单体船 ,小水线面双体船和穿浪双体船型在军用领域还只是处于科 学试验阶段 。英国已在 2000年建成三体演示舰“海神 ”号 ,并于 2003年提出快速灵活五体护卫舰探索方案 。1983年由澳大利亚与 美国合作建成高速穿浪型运输舰 HSV 2X1 (穿浪双体船 ) ,排水量 815 t,航速 42节 ,设有直升机平台 。《200022035年美国海军技术 》 提出 ,穿浪船型和小水线面双体船的发展和应用 ,是水面舰艇船型的重大改进 。 驱护舰等水面舰艇采用多体船型是新生事物 ,要使其真正适合作战使用 ,还需要解决有关舰船总体性能 ,布置 、结构 、施工工艺 、 操作使用等方面的一系列问题 。为此 ,我们期待着舰船研究 、设计 、制造 、使用部门的科技人员能对多体船型用于驱护舰等水面舰艇 在性能 、布置 、结构 、施工工艺 、操作使用等方面的优越性和可行性进行探讨 ;也期待着科技人员能介绍小水线面双体船和穿浪双体 船用于民船已取得的设计 、建造 、使用经验 ,为我国驱护舰等水面舰艇采用新船型奠定理论基础 。 [ 07001 ]
船用柴油机燃烧室结构分析
船用柴油机燃烧室结构分析赵昌普;孙雅坤;王耀辉;张志刚;朱亚永【摘要】为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排放的影响,基于原机燃烧室,新设计了6种不同形状的燃烧室,采用AVL Fire软件建立燃烧室仿真模型,并结合涡流数和均匀系数来对缸内流动、混合和燃烧过程进行数值模拟分析.结果表明:燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差.同时发现,只有在缸内涡流和湍动能都较大的情况下才能使燃烧更充分.从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室G1的功率输出增加4.6%,排放与原机基本持平;直口燃烧室G4在略低于原机的功率输出下,NOx排放降低43.3%;开口燃烧室的做功能力较差.%In order to investigate the effects of piston bowl geometry on the performances and e-missions for large-bore marine diesel engines,six novel combustion chambers were designed based on the combustion chamber of the prototype,and combustion chamber simulation modeling was estab-lished by using AVL five code to simulate the in-cylinder flows,air-fuel mixing and combustion processes with the flow dynamics metrics such as swirl number and uniformity index.Results show that chamber diameter and bowl depth have a great influence on in-cylinder flows.The deeper depth of the re-entrant bowl may result in enhancement of swirl motions and improve the combustions,while a deficient combustion occurs at the lower depth open chamber.Further,high turbulent kinetic energy with a large swirl is important to improve the quality of combustions.It is also found that power out-put of re-entrantchamber G1 is increased by 4.6% and emission is almost the same as the prototype's. NOx emission of straight chamber G4 is decreased by 43.3% at a slightly lower power output than that of the prototype.And open chamber is found to have lower engine-out power.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2017(028)018【总页数】7页(P2176-2182)【关键词】柴油机;燃烧室形状;涡流数;均匀因子;排放【作者】赵昌普;孙雅坤;王耀辉;张志刚;朱亚永【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TK421.2柴油机具有较好的经济性、耐久性和可靠性，被广泛应用于船舶动力系统中。
基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性_魏立队
鉴于机体和曲轴有限元模型自由度数量的庞 大，运动方程的求解效率非常低，须对模型自由度 数量缩减。 [10] 根据 Craig-Bampton 模态综合法 ， 机体物理 坐标与模态坐标间转换关系如下
xb X b i xb b 0 xr
b b T b b b I xr xr
Thermo-elasto-hydrodynamic Mixed Lubrication of Main Bearings of Marine Diesel Engines, Based on Coupling between Flexible Engine Block and Crankshaft
1 y dy 0 η y 1 1 y y dy dy dy (10) α 2 = h3 ρ 1 0 0 η 1 0 η dy 0 η y 1 0 η dy dy 1 1 1 0 η dy
大型船用主柴油机径向滑动主轴承的工作好 坏，将直接影响到曲轴的可靠性和寿命，进而影响 到整个柴油机、甚至整个船舶的安全和寿命。尤其
* 国家高技术研究发展计划(863 计划，2013AA040203)和国家自然科学 基金(50975035)资助项目。20130813 收到初稿，20140312 收到修改稿
1
h(u J uS )
y
0
(Hale Waihona Puke 1)式(5)代入式(4)则得到曲轴缩减运动方程
c c c a a Mc q Cc q K c qa Qc
机体与曲轴耦合后为
h dy
0
(12)
月 2014 年 7 月
YC485Q柴油机缸盖参数化建模及模态与响应分析研究的开题报告
YC485Q柴油机缸盖参数化建模及模态与响应分析研究的开题报告一、选题背景及意义YC485Q型柴油机是我国一款常见的中速柴油机，广泛应用于工程机械、船舶、电站等领域。
其缸体和缸盖作为进、排气的主要通道，承受着极大的工作压力和热载荷。
为了确保柴油机的正常运行和生产安全，必须在一定范围内对其缸盖进行设计和分析。
目前，YC485Q柴油机的缸盖设计仍然存在一些瓶颈和不足之处。
例如，缸盖结构的复杂性、强度分析的不足以及振动和噪音等问题都亟待解决。
因此，本研究将利用参数化建模技术，对YC485Q柴油机的缸盖进行结构设计和模态分析，为优化缸盖设计提供理论和实践支持。
二、研究内容及方法（一）研究内容1. 利用CATIA软件对YC485Q柴油机缸体和缸盖进行几何建模；2. 基于有限元原理，建立YC485Q柴油机缸盖的强度模型和模态分析模型；3. 运用ANSYS软件对缸盖的强度和刚度等关键参数进行分析；4. 利用模态分析方法对缸盖的固有频率、振型、响应等特性进行分析。
（二）研究方法1. 构建YC485Q柴油机缸盖的参数化模型，实现形状和尺寸参数化；2. 对缸盖进行有限元离散化处理，建立强度模型和模态分析模型；3. 运用ANSYS软件进行缸盖的静态强度分析和动态模态分析，得出缸盖的最大应力、变形、位移、固有频率和振型等参数；4. 对缸盖的不同结构方案进行比较分析，寻求最优的设计方案。
三、预期研究成果1. YC485Q柴油机缸盖的参数化模型，实现了形状和尺寸参数化；2. 建立了YC485Q柴油机缸盖的有限元模型，并进行了强度和模态分析；3. 计算了YC485Q柴油机缸盖的最大应力、变形、位移、固有频率和振型等参数；4. 分析了不同的缸盖结构方案，选取了最优的设计方案；5. 为YC485Q柴油机缸盖的优化设计提供理论和实践支持。
多缸柴油机机体结构有限元模态分析
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节 点上建 立离散 化 的 侧 压力 曲线 ， 同时 在 相应 位 置 施加离 散化 的缸盖压 力及 主轴 承力 。 此外 ， 内燃机 动力 学 的研究 工 作 大都 没 有 考虑 到缸套 外壁 面振动 加速度 对穴 蚀 的影响 。缸套 外壁 的振动 加速度与 缸 套 的 穴蚀 有 着 密 切 的联 系 ， 降低 气缸套 的振 动是解决 穴蚀 的根 本措 施之 一 ［。 ６ 】 本文 比较性 的考察 四点支 承 和六点 支 承下机 体
ｗｈｃ Ｓａｓ ｃａｅ ｔ ａ ｉ ｔ ｎ ｅｏ ｉｎ．Ｒｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈｓｍｅ ｏ Ｓａ ｖｓ ｂ ｅｔ ｅ ｕ ｅ ｎ ｅ — ｉｈ ｉ ｓｏ ｉｔｄ ｗｉ ｃ ｖｔｉ ｒｓｏ ｈ ａ ｏ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ，ｔ ｉ ｔ ｄ ｉ ｄ ｉ ｌ ｏ ｂ ｓ ｄ ｉ ｎ ｓ ｈ ａ
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引言
柴油机 的振 动及其 所辐射 的噪声与其 结构 的动 态特性 密切 相关 ， 构 的动 态 特 性不 仅 影 响 内燃 机 结
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ｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ
随着船 用低 速 二冲程 柴 油机 向长 行程 和超 长行 程 方 向的 发展 ， 油 机 的振动 变 得 越 来越 明显 。振 柴 动产 生撞 击和 变形 ， 响柴 油机 的可 靠性 和耐 久性 ； 影
导致船 员工作 环境 恶化 ， 响其 身体 健康 ； 影 引起 船 体 振 动 ， 害 船 舶 安 全 。为 此 ， 危 各船 级社 均 有 相 应 规 范 。但 是 机 体 组合 结 构 振动 特 性 的研 究 却 很 少 ， 所 见资 料 多为 国外 的 ＭＡ Ｎ和 Ｗｆｔ ｌ等 公司 的项 目文 ｉ ｓｆ ｒｉ ｉ 件 ｎ 。在 小型 柴 油机 方面 ， ， 多人应 用 动态 子 结构 法
Ｋｅ ｒ ｓ： ｉｒｔ ｎａ ｄｗａ ｅ； ｒ ｅｄｅ ｅ ｎ ｉｅ； ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ； ｄ ｌ ｎ ｌｓｓ； ｎｔ ｌｍｅ ｔ ｔｏ ｙｗｏｄ ｖｂ ａｉ ｎ ｖ ｍａ ｎ ｉｓ ｌ ｇｎ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｍｕａｉ ｏ ｉ ｅ ｉ ｓ ｏ ｍｏ ａ ａｙ ｉ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｈ ｄ； ａ ｉ ｅ ｍｅ
动态 性 能 相 同 的 吉村 允 孝 法 。但 是 ， 些均 需进 这
行 试 验 的方 法 对 于大 型 船 用柴 油 机 目前 无 法 实 施 。
摘 要： 利用数值试验方法 验证包括柴油机机 座、 架、 机 气缸 体、 扫气箱 、 空冷 器等有限元模型简化 的合理性 。通
过螺栓连接板件 的模态试验验证有 限元法模态分 析中螺栓 连接 处理方法韵 可靠性 。在此基础上建立包括 以上各部件 的某大型船用 ６ 缸柴油机机 体组合结构有 限元模 型。通 过对整体 结构模态分析 ， 找出整机刚度局部薄弱部位和整体 固 有振型 。为大型船用柴油机设计人员在 设计 阶段 ， 预报和预防整体结构振动提供一较为简便 的方法 。
ｆ ｕ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓ Ａ ｍｐ ｅａ ｐ ｏ ｃ ｒ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎａ ｄｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｇｎ ｔ ｃｕ ｅ Ｓｖｂ ａ ｉ ｎｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｎ ｏ ｇ ｄ ｌ ａ ｙ ｉ． ｓ ｈ ａ ｉ ｌ ｐ ｒ ａ ｈ ｆ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｕ ｔ ｆ ｎ ｉ ｅｓｒ ｔ ｒ ’ ｉ ｒ ｔ ｓ ｏ ｏ ｅ ． ｏｐ ｏ ｏ ｅ ｕ ｏ ｐ
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２ １ 年 ４月 ０２
噪
声
与
振
动
控
制
第２ 期
文 章编 号 ： ０ ６１ ５ （０ ２０ —１ ２０ １ ０ —３ ５２ １）２０ ３ —５
船 用 柴 油机 机 体 组 合 结 构 模 态 分 析 方法
魏立队，段树林，吴 假，武起立，于洪亮
（ 大连海事大学 轮机 工程 学院，辽宁 大连 １６２ １０６）
Ａｂ ｔ ｃ Ｔ ｅ ｓ ｓｒ ｔ： ｈ ｉ ｌ ｅ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ａ ｍｐ ｉ ｄ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｆ ａ ｅ ｆａ ， ｙ ｉ ｄ ｒ Ｓ ｏ ｙ ｓ ａ ｅ ｇ ｏ ， ｎ ｉ ｏ ｌｒｏ ｉｓ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｓｏ ｂ ｓ ， ｍｅ ｃ ｌ ｅ ’ ｄ ， ｃ ｖ ｎ ｅｂ ｘ ａ ｄ ａｒｃ ｏ ｅ ｆａｄ ｅ ｅ ｌ ｎ ｂ ｅ ｇ ｎ ｒ ｓａ ｌ ｈ ｄ ａ ｄ ｖ ｌ ａｅ ｙ ｎ ｍ ｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｙ Ｔ ｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｆｂ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｉ ｈ ｎ ｉ ｅ ｗｅ ｅ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ｎ ａ ｉ ｔ ｄ ｂ ｕ ｒ ｌ ｓ ｓ ｄ ｃ ｍｕ ａ ｉ ｅ ｐ ｃｉ ｌ ． ｒ ａｍｅ ｔ ｍｅｈ ｄ ｏ ｏ ｔ ｏ ｎ ｃｉ ｎ ｔ ｅ ｏ ｖ — ｏ
关键词 ： 振动与波 ： 用柴 油机 ； 船 数值试验 ； 模态分析 ； 限元法 ； 有 组合结构 中图分类号 ： ６ ． Ｕ６ １ ４ ４ 文献标 识码 ： Ａ Ｄ Ｉ Ｏ 编码 ：０ ９ ９ ．ｓ．０ ６１５ —０ ２０ ． ２ １３ ６ ／ｉ ｎ１０ ．３ ５２ １．２ ３ ｊｓ ０
ｍｏ ｅ ｆｔ ｅｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ６ ｃ ｌ ｄ ｒｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅｗａ ｕ ｌ． ｅ ｋ ｐ ｒｓａ ｄ ｔ ｅｍ ｏ ａ ｓｏ ｏ ｅｅ ｇ ｎ ｒ ｄ ｌ ｏ ｉ ａ ｉ ｔ ｔ ｒ ｆａ － ｙ ｉ ｅ ｉ ｓ ｌ ｇｎ ｓｂ ｉ Ｗ ａ ａ ｔ ｎ ｄபைடு நூலகம்ｌ ｆｗｈ ｌ ｎ ｉ ｅ ｗｅ ｅ ｏ ｈ ｏ ｕ ｎ ｅ ｔ ｈ
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