6S35ME—B9型柴油机主机基座设计计算

6S35ME—B9型柴油机主机基座设计计算

摘要：为6S35ME-B9型柴油机设计基座，并利用ANSYS建立有限元模型。对基座分别进行静力强度校核及模态分析。静力学分析表明，所设计的基座满足材料的强度要求，安全性和稳定性好；模态分析表明，基座的一阶自振频率为32.622Hz，可有效避开柴油机的工作频率2.37Hz，防止因共振而产生疲劳破坏。分析结果表明，基座设计合理，满足强度和安全性的要求。

关键词：柴油机基座，结构强度，有限元模型，模态分析

引言：

柴油机基座是将柴油机设备牢固安装于船舶或者实验室而设计的一类结构。基座位于水泥地基基础之上柴油机之下，即承受柴油机动、静载荷，还传递地面基础其他设备的振动载荷，所承受的载荷较为复杂[1-3]。为节省设计成本，对6S35ME-B9型柴油机设计基座，并利用ANSYS软件建立有限元模型，分析所设计的基座是否满足静载强度的要求，对基座进行模态分析，使其满足柴油机运转安全性的要求。

1、柴油机及其附件

1.1 主柴油机

选用船用二冲程低速柴油机，型号6S35ME-B9型，气缸直径350mm，活塞冲程1550mm，额定转速142rpm，额定功率3542kw。曲轴中心线至地面00标高的高度为2280mm。满足滑油低压保护，冷却水高温保护，超速保护等基本控制功能，可实现机旁、集控室、驾控室等三地控制。额定转速：142转/分；冷却方式：海淡水间接冷却；起动方式：压缩空气2.0 Mpa～3.0Mpa。

1.2主机基座设计说明

主机基座的作用是支撑主机，要求具有足够的强度和刚度，能够承受主机的静力和动态力的作用，其上端面采用2×15（Ф30）个螺栓与主机相连接，其下端面采用外侧2×18（Ф36），内侧2×10（Ф36）个螺栓与水泥地基基础相连。

2、主机基座设计

2.1主机基座设计要求：

根据主机与基座连接部位的结构尺寸和基座高度，及所承受主机的静力和动态力，设计计算基座各组成部件（包括上、下端面横板，侧面纵板，加强筋等）的几何尺寸及所受到的应力，并校核其强度。

2.2有限元模型建立

按照柴油机基座实体1：1建立有限元模型，对其进行静力学分析，校核螺栓的强度。由于柴油机基座各个节点均为刚性连接，有限元模型选用结构体单元；ANSYS中solid92是四面体单元，它有二次方位移，每个节点分别有3个平动和3个转动自由度，solid92单元有可塑性、蠕动、膨胀、应力钢化，大变形和大张力的能力，网格适应性更好，建模方便，可以很好地模拟柴油机基座，因此选用solid92单元对模型进行计算更加准确[4]。

所建立的有限元模型如图2所示。

图2基座有限元模型

2.3模型载荷及边界条件

a.位移约束的施加

3、结果分析

3.1 基座静变形分析

图3基座静力位移云图

3.2 基座静载应力分析

图4基座静载荷应力分布云图

3.3 基座模态分析

表1 基座模态阶数及频率

如图5所示为前四阶模态振形图，从图中可以看到前四阶阵型的最大振动位移量分别为0.020901m、0.020893m、0.033024m、0.033213m，均远小于基座纵板的允许形变位移量，不会产生结构破坏。

图5基座的前四阶模态振形图

4、结论

通过对所设计的基座建立有限元模型，并对其进行静力学强度分析，结果表明所设计的基座满足结构安全性和稳定性的要求，所建立的模型准确合理。对基座模型进行模态分析，可知，所设计的基座的各阶固有模态与柴油机的工作频率相差较大，能够很好地避开柴油机的共振频段，防止基座发生共振，而产生疲劳破坏，造成事故。

参考文献：

[1]吴广明，梅永娟，朱新进，等.某柴油机基座结构抗冲击计算[J].中国舰船研究，2006，1（4）：41—43.

[2]吴广明，郑新元.舰船基座抗冲击计算研究[J].上海造船，2006，3（67）：16—18.

[3]邓贤锋，陈东昌，陶付文，等.自升式钻井船吊机基座设计及结构强度分析[J].中国造船.2009，11（50）：307—312.

[4]丁毓峰，等.ANSYS12.0有限元分析完全手册[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5]中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（GB 50017-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.