F168小汽油机机体振动分析

发布时间：2017-04-23 16:05

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【摘要】： 发动机在国民经济中的应用十分广泛,随着人们对发动机振动噪声要求的不断提高,发动机的减振降噪工作研究也日益受到重视。 本文以F168小汽油机为研究对象,系统完整地阐述了发动机机体结构振动的计算机仿真分析过程。主要目的研究该发动机的机体振动机理,并提出相应的改进措施,降低发动机的机体振动,为企业进行发动机减振降噪,打破出口壁垒,提供参考和依据。同时,为发动机的机体振动研究分析提供一个可行、可靠的思路和方法。 发动机的结构相当复杂,可以看成一个多自由度振动系统。对发动机整机结构进行模态分析可以得到主要阶次模态参数,其中固有频率和振型会对发动机振动和噪声水平产生很大的影响,也是减振降噪工作的重点。通过分析该阶振型,改变该阶模态的固有频率、阻尼、刚度、质量分配等,使结构的固有频率远离易振动的区域,从而达到减振降噪的目的。另外,发动机的模态分析不仅可以证实有限元模型的正确性,还为以后的结构修改提供可靠的依据。因此,发动机的模态分析是发动机的结构振动分析研究中不可或缺的重要一环。 众所周知,有限元法的原理是将结构离散为许多具有质心和刚度的单元。但发动机整机有限元模型的离散单元数量非常大,增加了计算量和计算时间,还受到计算机硬件的限制。对此,本文采用了结构动力学中的矩阵缩聚和矩阵恢复算法。通过矩阵凝聚,缩减计算自由度,使模型自由度从几万个减少到几百个,节省了大量的分析时间,降低了对计算机硬件的要求。 从实践可以知道,发动机的振动主要是由于气体爆发压力、活塞对缸套的敲击,配气机构、轴承等运动件之间的机械碰撞所引起的,并通过缸盖和活塞—连杆—曲轴—机体的途径向外辐射噪声。另外,为了更接近发动机的真实工况,本文还考虑了曲轴、止推轴承、油膜阻尼等因素的影响。因而,发动机的机体振动分析也是一个多体动力学的问题。本文将经典的有限元方法和多体动力学方法相结合,考虑结构之间的非线性因素,较为全面地分析了发动机整机的动态特性。 通过AVL/IMPRESS软件平台,本文主要求解了发动机的表面振动速度级,由此可以清楚直观地了解发动机机体结构的振动机理和强度分布。由于振动速度级与声压级存在一定的换算关系,因此,振动速度级结果虽然不能直接作为发动机结构辐射噪声强弱的评判标准,但是可以间接地评价发动机噪声在某一部位的高低。通过分析,发现该发动机在缸盖、散热片以及大平面的薄壁处振动较为剧烈,因此,在合适部位加筋或提高这些部位的刚度或阻尼是降低振动噪声的有效措施。另外,改变大平面的外部轮廓(如波浪形)也收到良好的效果。
【关键词】：发动机 多体动力学 矩阵缩减 速度级
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK411
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题背景12-14
• 1.1.1 振动与噪声的危害12-13
• 1.1.2 发动机振动噪声控制的重要性13-14
• 1.2 发动机的振动和噪声14-19
• 1.2.1 发动机振动噪声的产生机理及分类14-17
• 1.2.2 发动机结构振动噪声的传播途径17-19
• 1.2.3 发动机机体结构振动和噪声辐射的基本研究方法19
• 1.3 发动机振动噪声预测19-22
• 1.3.1 发动机振动噪声预测的意义19-21
• 1.3.2 发动机振动噪声预测的发展现状21-22
• 1.4 本课题的研究目的、主要内容及意义22-26
• 1.4.1 课题研究目的22-23
• 1.4.2 课题研究内容23-25
• 1.4.3 课题研究意义25-26
• 第二章 多体系统动力学的基础理论26-32
• 2.1 多体系统动力学26-27
• 2.2 多体系统动力学在发动机动力学研究中的应用27
• 2.3 多刚体动力学27-29
• 2.3.1 多刚体系统动力学的研究方法28
• 2.3.2 多刚体动力学的算法原理28-29
• 2.4 EXCITE 中的多体动力学模型29-31
• 2.4.1 弹性体动力学方程30
• 2.4.2 连接件Reynolds 方程30
• 2.4.3 接触参数定义30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 发动机有限元模型的建立32-39
• 3.1 建模所用软件32-34
• 3.2 发动机的有限元模型34-36
• 3.2.1 发动机缸盖的有限元模型35
• 3.2.2 发动机缸体的有限元模型35-36
• 3.2.3 发动机侧盖和垫片的有限元模型36
• 3.3 发动机曲轴的有限元模型36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 发动机的模态分析39-45
• 4.1 模态分析理论39-40
• 4.2 发动机模态分析40-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 结构动力学分析的基本理论45-52
• 5.1 结构动力方程45-46
• 5.2 矩阵缩减与恢复46-48
• 5.3 主自由度与主节点的选取48-49
• 5.4 主节点设置时RBE2 或蜘蛛的要求49-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第六章 发动机机体结构振动分析52-82
• 6.1 发动机整机模型的建立53-58
• 6.1.1 EXCITE 软件53-54
• 6.1.2 发动机整体模型的建立54-58
• 6.2 边界条件与载荷工况58-68
• 6.2.1 边界条件58-64
• 6.2.2 发动机的载荷工况64-68
• 6.3 机体结构振动的速度级分析68-77
• 6.3.1 振动速度级和声压级的关系69-74
• 6.3.2 结构振动的频谱分析74-77
• 6.4 发动机机体表面振动分析的结论77-81
• 6.4.1 发动机整机的表面速度级77-78
• 6.4.2 发动机结构的改进措施78-81
• 6.5 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-85
• 7.1 全文总结82-83
• 7.2 本文创新点83
• 7.3 本文展望83-85
• 参考文献85-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文88

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孔维峰;汽车水泵总成的动态特性研究[D];郑州大学;2010年

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3 王进;机枪系统的模态测试与分析[D];南京理工大学;2011年

4 陆健;基于多体动力学的机体可靠性分析[D];山东大学;2011年

5 段牧染;基于瞬态动力学的气缸盖多轴疲劳寿命预测及研究[D];中北大学;2012年

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7 孔丹丹;4EC发动机曲轴轴系多体动力学仿真分析[D];吉林大学;2012年

8 李玉娟;柴油机进气道喷水技术的试验研究和仿真分析[D];太原理工大学;2012年

9 刘蒙;五缸柴油机平衡性及整机振动性能仿真分析[D];吉林大学;2012年

10 李帅;发动机配气机构振动噪声研究[D];湖南大学;2012年

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本文编号：322641