基于虚拟仿真平台的柴油机机体低振动研究

发布时间：2017-08-29 11:04

  本文关键词：基于虚拟仿真平台的柴油机机体低振动研究

  更多相关文章： 柴油机 激励载荷 模态分析 振动预测 改进设计

【摘要】：内燃机作为车辆的主要振动噪声源,其振动噪声的控制已成为世界各国普遍关注的重要研究课题之一。机体是柴油机的主要承载部件,以及整机的主要振动源子系统,不仅影响到机体本身的振动特性,而且影响到与其相联的缸盖、油底壳及附属部件的振动状况,因此低振动机体结构的研究具有重要意义。同时,随着计算机技术与工程软件的快速发展及广泛应用,数值模拟逐渐成为解决复杂工程问题的有效手段,虚拟仿真技术在机体振动领域的应用,为其物理样机的虚拟低振动设计与激励载荷分析奠定了基础,有助于设计阶段辅助产品开发。论文以柴油机多体动力学模型建立、激励载荷预测、有限元模型建立、模态计算分析、振动特性预测和机体结构改进为主要研究内容,建立了柴油机“多体动力学-有限元法-结构优化”的虚拟仿真平台,实现了机体的低振动设计目标。全文的主要研究内容如下:基于Pro/E软件建立柴油机的装配体模型,依据装配体各组成结构的设计参数在ADAMS/Engine软件中建立柴油机整机虚拟样机模型,通过爆发压力载荷的施加与转速设置来模拟柴油机实际运行工况,计算获得了柴油机的主轴颈受力与活塞敲缸力,为后续的机体振动特性分析奠定基础。基于HYPERMESH软件建立机体的有限元计算模型,依据机体有限元模态计算结果与试验模态分析结果对比分析验证了机体计算模型的合理性,其机体模态振型预测有利于确定机体裙部是主要的刚度薄弱区域。同时通过合理地施加爆发压力、主轴颈力、活塞敲缸力,计算获得了机体的振动速度,为后续的机体低振动改进设计分析奠定基础。基于ABAQUS软件开展机体的拓扑优化设计,计算获得了机体结构材料分布,结合模态预测结果并依据机体计算云图确定改进设计的结构区域,通过机体振动预测计算分析获得改进前后的机体振动速度,结果表明改进后的机体振动速度有了明显减小,尤其机体裙部振动得到明显改善。基于ADAMS/Engine软件在柴油机多体动力学模型中加装平衡轴结构,计算获得曲柄连杆机构运动过程中产生的倾覆力矩,并以平衡轴设计变量作为优化倾覆力矩的基础,运用软件ADAMS/Insight模块分析获得倾覆力矩的最佳设计值,倾覆力矩改善前后影响因素分析对平衡轴的结构设计有重要意义,不仅实现了最佳倾覆力矩下的平衡轴结构设计,而且机体二阶往复惯性力得到了明显改善,也验证了平衡机构对机体振动控制具有良好的减振效果。
【关键词】：柴油机 激励载荷 模态分析 振动预测 改进设计
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 内燃机振动噪声的研究背景及意义10-11
• 1.2 内燃机振动噪声国内外研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 2 柴油机机体激励载荷虚拟预测15-27
• 2.1 多体系统动力学分析基础15-16
• 2.2 曲柄连杆机构运动学分析16-20
• 2.3 多体动力学模型的建立20-26
• 2.3.1 ADAMS/Engine介绍20-21
• 2.3.2 仿真参数的设置21-22
• 2.3.3 边界条件的建立22-23
• 2.3.4 爆发压力参数及仿真结果23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 柴油机机体模态特性虚拟预测27-42
• 3.1 有限元法及模态分析基本原理27-30
• 3.2 有限元计算模型的建立30-31
• 3.2.1 有限元模型的简化原则30-31
• 3.2.2 有限元模型的网格划分31
• 3.3 机体的模态分析31-39
• 3.3.1 机体自由模态分析32-35
• 3.3.2 机体约束模态分析35-38
• 3.3.3 机体约束模态与自由模态的比较38-39
• 3.4 试验模态分析39-40
• 3.4.1 试验模态分析过程39-40
• 3.4.2 机体试验频率与计算频率对比40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 柴油机机体振动特性虚拟预测42-48
• 4.1 柴油机振动分类42
• 4.2 有限元瞬态响应分析42-44
• 4.3 机体计算模型的边界条件44
• 4.4 机体的瞬态响应计算44-45
• 4.5 机体瞬态响应结果分析45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 5 柴油机机体的改进设计48-58
• 5.1 结构优化的基本原理和方法48-49
• 5.2 机体拓扑优化设计49-53
• 5.2.1 拓扑优化理论分析49-50
• 5.2.2 机体结构拓扑优化流程50-52
• 5.2.3 优化结果分析52-53
• 5.3 机体改进设计53-57
• 5.3.1 机体改进措施分析53-54
• 5.3.2 机体裙部的改进设计54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 柴油机倾覆力矩影响因素研究58-69
• 6.1 柴油机倾覆力矩仿真分析58-59
• 6.2 往复惯性力及倾覆力矩仿真计算分析59-62
• 6.3 平衡机构优化设计62-64
• 6.3.1 倾覆力矩理论分析62-63
• 6.3.2 确定优化目标与约束条件63-64
• 6.4 倾覆力矩影响因素计算分析64-65
• 6.5 倾覆力矩优化与平衡轴结构设计65-67
• 6.6 本章小结67-69
• 7 结论69-70
• 7.1 主要研究成果69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-72
• 攻读硕士期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林志胜;;柴油机机体故障分析与维修[J];福建农机;2006年04期

2 ;柴油机机体的铸造[J];机车车辆工艺;1974年04期

3 王继杰;柴油机机体的裂纹与修复[J];移动电源与车辆;1994年01期

4 杨馥，，尹玉勤，刘国治;机加工解决柴油机机体铸造难题探讨[J];内燃机;1996年03期

5 于凤,罗洪涛;全铸造柴油机机体缺陷修复[J];焊接;2000年07期

6 刘军华;关于全铸造柴油机机体缺陷的修复[J];农机维修;2001年03期

7 沈翔麟;提高柴油机机体强度的措施[J];内燃机;2005年05期

8 沈翔麟;柴油机机体强度的提高[J];机械工人;2005年09期

9 谢志强;杨建国;;柴油机机体瞬态动力学的有限元分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2007年03期

10 张世军;徐涛;李华飞;;柴油机机体的损伤与修理[J];山东农机化;2007年06期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 杨书营;曹炜;许军;何云曦;孟祥朝;;受限条件下的柴油机机体毛坯开发[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年

2 冯黎明;高文志;;6100型柴油机机体有限元分析[A];第二十一届全国振动与噪声高技术及应用学术会议论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 李太敏;低温下预防柴油机机体开裂方法[N];山东科技报;2002年

2 张家启　吕荣生 杨东;乌鲁木齐机务段乌鲁木齐检修车间电焊工长李荣岐： 焊花飞溅绘出美好人生[N];人民铁道;2010年

3 通讯员 汪岳斌;安柴8DK-36柴油机机体试制成功[N];中国船舶报;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 殷龙;12V240ZJH柴油机机体有限元强度分析[D];大连交通大学;2015年

2 丁义峰;8L265柴油机机体强度有限元计算及优化[D];大连理工大学;2015年

3 魏薇;基于虚拟仿真平台的柴油机机体低振动研究[D];辽宁工业大学;2016年

4 王伟林;3100柴油机机体有限元分析[D];天津大学;2007年

5 王永刚;基于价值流技术的某大型柴油机机体生产线优化研究[D];山东大学;2012年

6 袁文胜;102系列柴油机机体加工自动线改造工艺方案[D];天津大学;2003年

7 邢正双;基于多体动力学的柴油机机体结构强度分析[D];昆明理工大学;2010年

8 刘爽;基于虚拟技术的柴油机机体低振动设计研究[D];天津大学;2011年

9 王金虎;395型柴油机机体振动模态分析及动力响应分析的研究[D];山东建筑大学;2013年

10 张冰川;侧压力对柴油机机体动态特性影响研究[D];广西大学;2013年

本文编号：752917