柴油机油底壳自由模态分析.pdf

第2 0 卷第4 期 2 0 0 8 年1 2 月 河南工程学院学报 自然科学版 J O U R N A L0 FH E N A Nl Ns r 兀T U T E0 FE N C I N E E R l N G V 0 1 2 0 N o 4 D e c 2 0 0 8 柴油机油底壳自由模态分析 李立琳 吴素珍 河南工程学院机械工程系 河南郑州4 5 1 1 9 1 摘要 外来的刺激如果和零件本身的固有频率相同 就会产生共振 噪声增大 针对油底壳模态特性应用了有限 元的分析方法 建立起了油底壳的有限元分析模型 对4 1 0 0 Q B 柴油机油底壳进行了自由模态实验 列出了 实测结果 为柴油机下一步的动力响应分析 整机的动态特性分析和结构的优化设计奠定了理论基础 也 为柴油机实际结构的改进提供了有效的途径 实践表明 对油底壳的某个地方增加加强筋或者采用增加壁 厚进而提高结构刚度的方法 可有效地控制表面辐射噪声 另外 改变油底壳约束表面螺栓孔分布也可期 望对结构刚度有所改善 在一定程度上也可降低噪声 关键词 柴油机 油地壳 有限元分析 自由模态分析 降噪措施 中图分类号 U 4 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 3 3 0 X 2 0 0 8 0 4 0 0 2 7 0 3 柴油机油底壳除起到机油散热的作用外 最主 要的作用还有储存润滑油和密封整个机体 柴油机 工作时 油底壳在整机影响下会产生复杂的振动 是 噪声的重要来源之一 因此 降低油底壳的震动和噪 音是降低内燃机辐射噪音和总体噪音的重要环 节 其动态特性和振动响应特性对整机性能影响 比较显著 因此 对油底壳结构进行振动分析有助于 了解发动机整机的振动特性 对降噪工作提供一定 参考 近年来 在计算机技术和数值分析方法支持下发 展起来的有限元方法 有限元模拟分析在热学 结构 力学 电学等方面得到了广泛的应用 已发展形成了 很多成熟的有限元分析软件系统如N A s T R A N A N s Y s 等 目前有限元分析系统发展的趋势是 1 从单 纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题有限 元分析方法 2 由求解线性工程问题向非线性问题 发展 线性理论已远远不能满足设计的要求 3 与 C A D 软件的无缝连接 4 有限元程序研究和发展机 构都纷纷将他们的软件移植到w i n t e l 平台上 5 国 内需要努力的方向是向非固体力学和交叉学科的研 究 开发有自主版权的C A D 的无缝连接 2 本文以4 1 0 0 Q B 柴油机的油底壳为对象进行分 析 建立了以三角形壳单元为基本单元的油底壳有 限元分析模型 对低频激励和高频的激励进行模态 分析 为柴油机下 步的动力响应分析 整机的动态 特性分析和结构的优化设计奠定了理论基础 也为 柴油机实际结构的改进提供了有效的途径 并对柴 油机的降噪工作提出了有效的建议 1 油底壳有限元模型的建立 油底壳的有限元模型如图1 所示 4 1 0 0 Q B 柴油 机的油底壳是一个箱体结构 为铸造式油底壳 材料 采用蠕墨铸铁 密度7 8 1 0 k g m m 3 弹性模量 为2 1 1 0 N m m 2 泊松比为0 3 采用通用软件 P R O E 建立实体模型 然后采用A N s Y S 进行有限 元网格划分和计算 在进行油底壳网格划分时采用 了S O u D 4 5 单元划分网格 整个油底壳共划分为 8 37 5 6 个节点 3 0 86 9 8 个单元 图l4 l Q B 油底壳有限元模型 F i g 1 F i m t ee l e m e n tm o d do f4 l o o Q Bo ns 岫pt a n k 2油底壳有限元模型的自由模态分析 模态分析是动力学分析中的一项基础性分析 收稿日期 2 0 0 8 一0 9 0 l 作者简介 李立琳 1 9 7 7 一 女 河南用口人 讲师 硕士 主要从事汽车及其零配件性能的研究 万方数据 2 8 河南工程学院学报 自然科学版 2 0 0 8 年 通过油底壳的模态分析可以了解油底壳各阶固有频 率及相应的振型 可显示不同固有频率下机体各部 分振动幅值的相对分布情况 通过动态有限元分 析 1 预测结构的动态性能 是实际机体结构优化设 计的最有效的方法之一 应用A N s Y S 软件H 1 对前面所建立的油底壳有 限元模型进行自由模态计算 可得到各阶固有频率 及相应的振型 由于所关心的是低阶模态 故提取前 1 0 阶振动模态 如表l 所示 表l 油底壳固有频率及自由模态分析 T a b 1N a t 叫a lf r e q u e n c i 船a n df r m o d a I 卸I a l y s i s o ft h eo np a n 从模态分析结果可知 低频激励主要激发油底 壳整体的弯曲和扭转振动以及油底壳刚度较差的前 端扭转 高频的激励可能使油底壳产生剧烈的局部 振动 对应的前1 0 阶油底壳模态振型如图3 和图4 所示 图2 油底壳第1 阶模态 F i g 2 T h en 璐tp h a 靶m o d eo f o i ls 岫pt a I l l 图3 油底壳第2 阶模态 F i g 3 T h es 目 n dp h a s em o d eo fo ns u m pt j I n k 图4 油底壳第3 阶模态 F i g 4 T h et l l i r dp h a 鼹m o d eo fo ns u m pt a n k 图5 油底壳第4 阶模态 F i g 5 7 n l ef o u r t hp h a 靶m o d eo fo ns 啪pt a I I l 图6 油底壳第5 阶模态 F i g 6 T l l e6 f t hp h 瓣m o d eo fo 丑s 岫pt a I l l 图7 油底壳第6 阶模态 F i g 7 7 I l l es i x t hp h a s em o d eo fo ns u m pt a n k 万方数据 第4 期李立琳 等 柴油机油底壳自由模态分析 2 9 图8 油底壳第7 阶模态 F i g 8 T I I es e v e n t hp h a m o d eo f o ns 哪pt a I I l 图9 油底壳第8 阶模态 F i g 9 n l ee i g l l t hp h 墩m o d eo fo nm m pt a I 图1 0 油底壳第9 阶模态 F i g 1 0 r h en i n t hp h a 辨m o d eo f0 i l 蛐m pt a 止 研究分析这1 0 阶自由模态可以发现 第1 阶到 第2 阶模态反映的是整个油底壳作为一个整体振动 的模态 频率范围在2 5 5H z 一3 0 0H z 之间 第3 阶 到第1 0 阶模态为油底壳不同部位的局部振动 其频 率范围为3 2 5H z 一13 5 0H z 3 小结与讨论 通过A N s Y S 模态分析的方法 得出了4 l o o Q B 发动机油底壳的固有频率和对应频率下的振型特 征 得出该油底壳在不同频率下的振动和扭转 为降低油底壳噪音 避免共振 可采取如下措施 1 对油底壳的某个地方增加加强筋 例如对 侧板和底板进行恰当的加肋 可以提高该油底壳的 刚度 提高固有频率 使振型减缓和减小 对油底壳 振型较大的部位进行加强处理 可以减小其振型的 大小 从而降低其噪声辐射的能量 2 增加油底壳厚 采用增加油底壳壁厚方法 进而提高油底壳结构刚度是控制表面辐射噪声的有 效措施之一 3 对油底壳的约束表面螺栓位置进行改进 通过改变油底壳约束表面螺栓孔分布也可期望结构 刚度有所改善 根据油底壳的振型特点 综合比较计 算 也可以在一定程度上降低噪声 参考文献 1 舒歌群 李小倩 梁兴雨 基于有限元的柴油机油底壳 加强板的振动分析与结构控制 J 小型内燃机与摩 托车 2 0 0 6 3 4 8 5 0 2 李兆文 王继先 夏锡全 等 发动机油底壳的动态特 性分析 J 安徽农业大学学报 2 0 0 6 3 3 3 4 2 3 4 2 7 3 s M s F E D E s K 有限元分析系统用户手册 M u s A 1 9 8 7 图1 1 油底壳第l O 阶模态 4 龚曙光 A N s Y s 基础应用及范例解析 M 北京 机械 F i g 1 l r n I et e t hp h a 辩m o d eo f o n 蚰m pt a l I I 工业出版社 2 0 0 2 F r e eM o d a lA n a l y s i so fO nP a no fD i e s e lE n g i n e L IL i n W US u z h e n 却o n 砒凡 矿胞如帆妇ZE 增i 凡e e 矗嘴 胁朐儿加胁姚旷肪g i 聊e 一昭 如 劬o 4 5 1 1 9 1 i 船 A 吼髓d I fs t i m u l a t i o nf 汹o u t s i d ei 8 t l es 帅e 硒t h ei n t r i n s i cf r e q u e n c yo f 山ep a I t i tc 锄c a u 8 es y n o n y m 卸dm u c hn o i s e A i m e da t m o d ec h 锄c t e r0 fo i lB u m pt a n k t h i sp a p e ru s ef i I l i t ee l e m e n t 明a l y s i sm e t h o da n db u i l du pf i n i t ee l e m e n t 肌a l y s i sm o d e lo f o i ls u m pt a n k F o r8 l l I l l pt a n k0 f4 1 0 0 Q Bd i e s e le n g i n e t l l ep a p e rc o n d u c t st l ef r e em o d a l 粕a l y s i se x p e r i m e n t 肌dl i s t s 山e e x p e 五m e n tr e 8 u l t n l ep 印e re s t a b l i s h e st h e o r yb a 鸵o nd y n 删cr e s p o n s ea n a l y s i 8 a n dm a k e 8d y n 姗i cc h 啪c t e ra n a J y s i so f t l l ee n 西n ea n ds t m c t u m lo p t i m i z a t i o nd e 8 i g n I ta 1 8 0p r o V i d e 8e n e c t i V em e 山o df o ri m p r o v e m e n to ft h ea c t u a ls t r I J e t u r eo f d j e s e le n 舀n e P m c t j c es h o w st h a ti t c 明e 如c t i v e l yc o n t r o ls u 如er a d i a t i o nn o i s eb ya d d i n gs t r e n 殍h e n e d 曲o ns o m ep l a c e o fo i ls u m pt a n ko ri n c r e 船i n gw a U 山i c k n e 8 st oi n c r e 鲴et h es t r u c t u r a ls t i h e s 8 I na d d i t i o n i tm a yi m p m v es t m c t u r a ls t 二 n e 8 st 0c h a n g e 山eb o l th o l ed i s t 而b u t i o no fo i ls u m pt a n k 陀s t m i n tB u d a c e 肌dt 0r e d u c et h en o i s et oB o m ee x t e n t K e yw o r d s d i e s e le n 舀n e t h ee n g i n eo i lp a n f i n i t ee l e m e n ta 叫y g i s 舶em o d a la n a l y s i s n o i r e d u c t i o nm e 鹊u r e 万方数据 柴油机油底壳自由模态分析柴油机油底壳自由模态分析 作者 李立琳 吴素珍 LI Lilin WU Suzhen 作者单位 河南工程学院机械工程系 河南 郑州 451191 刊名 河南工程学院学报 自然科学版 英文刊名 JOURNAL OF HENNAN INSTITUTE OF ENGINEERING NATURAL SCIENCE EDITION 年