三缸柴油机机体约束模态分析
柴油机机体三维建模及有限元模态分析
４ 分析与结论
社，２００１．
（ 编辑 立 明）
应用有限 元模态分析和 模态实验结果 比较，两者得到
!!!!!!!!!! 作者简介：刘玉梅（ １９６７－ ）女，硕士，副教授，研究方向为机械设计制
ｓｏｌｉｄ９２ 单元通过 １０ 个节点来定义，每个节点有 ３ 个沿着 和实验分析是有效的。
Ｘ、Ｙ 和 Ｚ 方向平移的自由度，它具有二次迭代的特性，适 用于划分不规则网格的模型，例如由各种 ＣＡＤ／ＣＡＭ 导 入的模型。
由于发动机机体实体模型中包含许多圆孔和直角轮 廓，为了兼顾计算时间和计算精度的要求，对网格划分的 数量和单元形状进行了控制：在 Ｍｅｓｈｔｏｏｌ 中用 ｓｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌ 命令 对 机 械 臂 的 每 条 线 进 行 单 元 数 量 指 定 ；在 Ｍｅｓｈ
和振型；其次，通过理论模态与实验模态参数的对比，验证了结果的有效性，并分析了机体模态的规律，为该类型发动机
的机体结构优化提供了一定的参考依据。
关键词：发动机机体；动态特性；有限元；理论模态分析
中图分类号：ＴＫ４３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ２３３（３ ２００７）０１－ ００８９－ ０２
３Ｄ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ ＦＥＡ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｌｏｃｋ ＬＩＵ Ｙｕ－ ｍｅｉ， ＹＵＡＮ Ｗｅｎ－ ｈｕａ
１前言 发动机的机体是发动机的主体结构［ １］，承受着极为复
杂的载荷，其动态特性直接影响发动机的整体性能；而 且，随着人们对环境要求的提高，发动机的振动和噪声问 题也备受重视。对发动机的机体进行模态分析有助于识 别机体的动态特性，得到的相关数据对机体结构的优化 改进设计以及减振降噪都具有一定的指导意义。
柴油机部分零部件模态计算与试验-潍柴
柴油机部分零部件模态计算与试验罗国良 李京鲁 康明明 季炳伟 韩峰 田新伟（潍柴动力股份有限公司）摘 要：本文解释了结构模态和模态分析的概念，以某曲轴、气缸体、油底壳为例，说明了模态分析的计算和试验手段，讨论了计算和试验相关联的方法，说明AB AQ US的特征值提取模块在模态分析中的应用。
关键词：曲轴 气缸体油底壳 AB AQ US 模态分析 模态试验1.前言模态是结构系统的固有振动特性，每个模态都具有特定的模态参数。
模态分析是研究结构动力特性的主要方法之一，包括计算和试验两种手段，其目的在于识别出结构系统的模态参数，为结构动力响应预测、动力修改和优化设计、振动和噪声控制、状态监测、故障诊断等提供依据。
计算模态分析是已知结构系统的质量、刚度，利用理论公式求解系统的模态参数。
它常和有限元技术结合起来，将结构离散成有限单元，利用变分原理建立单元动力学方程，将单元质量、刚度矩阵组合成整体质量、刚度矩阵，再利用矩阵迭代法或子空间迭代法求解结构模态参数。
试验模态分析对结构物进行人为激振，通过测量激振力与测点的响应并对其进行快速傅里叶变换，得到任意两点之间的传递函数，用模态分析理论拟合试验导纳函数的曲线，识别出结构的模态参数。
对柴油机零部件进行模态分析和参数识别是进行柴油机振动和机械噪声控制的主要手段，可以了解现有柴油机零部件的动力特性，为零部件结构修改和新产品的开发提供开发手段和基础数据。
2.计算环境和试验环境2.1计算环境模态计算利用有限元方法进行，用到的软件和部分参数列于表-1。
表-1 模态计算的软件和参数CAD软件Pro/E 4.0Hy2.2试验环境模态试验用到的主要设备列于表-2。
模态测试系统图参见图1。
为尽量保证测试部件处于自由状态，曲轴和气缸体采用弹性绳悬吊支撑方式，油底壳采用塑料泡沫支撑；激振方法采用锤击脉冲激励法；对测试数据采用多次触发采样后进行平均处理。
表-2 测试设备图1 模态测试系统图3.曲轴模态计算和试验3.1曲轴简介曲轴是柴油机的动力输出部件，由前端、多个单位曲拐、后端构成。
大功率柴油机机体的模态优化设计
变量上限 （ ｍｍ）
８ ￣１ Ｏ ０ Ｏ ２ ～ ８ ０ ２ ２ ～ ２ ５ ３
（ ）选 择 约 束 条 件 ３
从结 构 上 来说 ，发 动 机 机 体 的 结 构 参 数 不 宜 过 大 ，否 则 重 量 增 加 ；也 不 能 过 小 ， 否则 强 度 又 不 够 。 因 此 结 构 参 数 应 限制 在 一 个 合 理 的范 围 ， （ Ａ Ｓ Ｓ软 件 中用 Ｏ － 在 ＮＹ Ｐ 图 ３ 第 一 阶振 型
这说 明机体上部 与裙部 的结合面是 机体 刚度的 薄弱地带 ，
见 ，越 多 的设 计 变 量 需 要 越 多 的 迭代 次 数 ，从 而 需 要 更 多 的机 时 。 在 本 文 讨 论 的 问 题 中 ， 以对 固 有 频 率 影 响 较 大 的 结 构 参 数 为设 计 变 量 ，如 轴 承座 高度 、裙 板 厚 度 、横 隔 板 厚度 ，如 表 ２所 示 。
个 合 理 的上 限 。
为 了 方便 计算 结 果 的 对 比 ，将 机 体 与 曲轴 的 总 重 量 设 为 常 数 ，即在 不 改 变 总 重量 的条 件 下 提 高 一 阶共 振 频 率 。
（ ）优 化 计 算 结果 ４
Ａ Ｓ Ｓ程 序 提 供 了 两 种 优 化 的 方 法 ，即零 阶方 法 和 一 ＮＹ
Ｖ Ｒ 命 令 中 的 Ｍ Ｎ和 ＭＡ ，范 围过 大 可 能 不 能 表 示 好 的 Ａ Ｉ Ｘ）
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设 计 空 间 ，而 范 围 过 小 可 能 排 除 了好 的设 计 ，因 此 要 设 定
一
表 ３ 发 动 机结 构 参 数 优 化 结 果 表
内燃机机体模态分析在减振设计中的应用
Gu Yuanfeng，Gao Huan，Cheng Lei，Wu Ying
（Chongqing Institute of Metrology and Quality Testing, Chongqing 401123, CHN）
【Abstract】Taking a horizontal single cylinder diesel engine as an example, this article estab⁃
ห้องสมุดไป่ตู้表1
频率/Hz
阶次
图1
施加约束
0.000661
198.014
3
0.000422
435.105
0.000458
4
3 内燃机机体模态分析
3.1 模态分析基本原理
0.000460
5
由于内燃机机体具有结构复杂特点，因此，无法采用
解析法，求解和获得相应的振动模态，需要利用有限单元
法，
对其进行分析。有限元模型的自由振动方程如下：
表 2 中的数据可以看出，柴油机机体有限元分析模型基
本准确，完全符合工程分析相关标准和要求。
· 153 ·
应用研究
实验模态频率结果和理论模态频率结果的比较
实验模态结果
理论模态结果
误差/%
阶数
频率/Hz
阶数
频率/Hz
1
240
1
259
7.92
3
641
3
653
1.87
2
417
4
806
5
849
6
7
9
4
8
柴油机缸体的试验模态分析
函数 的实 模态 展开 式为 ：
Ｈｔ
ｐ
本 文 以某 ６ ０ １ ５柴油 机 为研 究对 象， 用锤 击 法 采
对 缸体 自由模 态进 行模 态测 试 ， 别 出结 构 的模 态 识 频 率 、 尼 、 型 等模 态 参 数 ， 该 柴 油机 结 构 动 力 阻 振 为 学 分析 和结 构 的改 进设 计提 供 了依据 。
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＭ ｏ ａ ａｙ ｉ ｏ ｌ ｄ ｒＢｌｃ ｆＤｉｓ ｌ ｇｎ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｄ ｌ Ａｎ ｌｓｓ ｎ Ｃｙｉ ｅ ｏ ｋ ｏ ｅ ｅ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ
１ ２ １
Ｃｈ ｎ ｅｂｎ ， ｏＬ ｉ， ｚ ｎ ｅ ｇＷ ｉ ｉｇ Ｃａ ｅ ＭａＹｕ ｅ ｇ
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２０ ０ ６年 第 ８期
农 业装备 与车 辆工 程
Ａ Ｒ Ｃ Ｌ Ｕ Ａ Ｑ ＩＭＥ Ｔ＆ Ｖ Ｈ Ｃ Ｅ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ Ｇ Ｉ Ｕ Ｔ Ｒ ＬＥ Ｕ Ｐ Ｎ Ｅ ＩＬ Ｎ ＩＥ ＲＮ
ＮＯ８ ２ ｏ ． ｏ ６
Ｌ 第 １Ｉ ） 总 ８期
ｒ．ｅｐｅＳ ｒ ｄＰ ｌ ｅＨ ｄｏ ｏ ｅ ｒｏ ； ．ｅｐｅ ｉｅａ ｏ ｒ ｙ７ ９ Ｔｏｐ Ｐ ｏ ｌ ｍｅ ｏｉ ｙ ｒｐ ｗ ｒ ｏｐ ２Ｐ ｏｌ Ｌｂ ｒｔ ｎＡ ３ ｒｏ） １ Ａ ｃ Ｔ Ｓ ｉ ｍ １ ５
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｙ ａ ｐ ｙ ｎ ｄ ｌｔ ｓｉ ｇ ｔ ｉ ｓ ｌ ｅ ｇ ｎ ，ｍｏ ａ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｎ ｉ ｒ ｔ ｎ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｂ ｐ ｌ ｉ ｇ ｍｏ ａ ｅ ｔ ｏ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ｄ ｌ ｆ ｕ ｎ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ｂ ａｉ ａ ａ ｔ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｅ ｏ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｓ ｔ ｎ ｒ ｎ ｓ ｍｏ ａ ａ ａ ｔ ｒ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｔ ｇ ｄ ｔ，ｔ ｅ ｗ ａ ｅ ｔ ｎ ｆｔ ｅ ｃ ｌ ｄ ｒ ｎ ｈ ｒ ｔ ｅ ａ ｋ ｄ ｌｐ ｍｅｅ ａ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｅ ｎ ｔ ｓｉ ａ ａ ｈ ｅ ｋ ｓ ｃｉ ｓ ｏ ｈ ｙ ｉ ｅ ｉ ｒ ｓ ｒ ｎ ｏ ｎ ｂ ｏ ｋ ａ ｅ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｎ ｌ ｔ ｅ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｖ ｄ ｎ ｅ ｒ ｒ ｖｄ ｄ ｆｒｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｎ ｉ ｅｓｒ ｃ ｕ ｅ ｌｃ ｅｅ ｎ ｄａ ｄａｌ ｈ ｓ ｘ ｅｉ ｒ ｍ ｍｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｓａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｇｎ ｔｕ ｔ ｒ ． ｅ ｈ ｏ ｅ Ｋｅ ｏ ｄ ： ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｃ ｌ ｄ ｒｂ ｏ ｋ ｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｙＷ ｒ ｓ ｉ ｓ ｌ ｇ ｎ ； ｙ ｉ ｅ ｌ ｃ ； ｄ ｌａ ａｙ ｉ ｅ ｎ
柴油机机体振动分析与诊断研究
ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ａ ｎ ｒｙ Ｍｏ ｅ ｔｍ ｏ ｊｇ ｔ ｇａ ｉ ｔａｇｒｈ ｏ ｅ ｐ ｐ ｒｏ ｆ￣ ｎ ｄ ｎ ｕａ ｒ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍ ｉ ｅ ｅｇ． ｍ ｎｕ ｃｎｕ ａ ｒｄｅ ｏｉ ｍ ｆｒｔ ｒ ｏｔ ｎ ｏ ｍ ｅ ｅ ｒｌ ｅ ｎ ｅ ｎｌ ｔ ｈ ｏ ｉ ｎ ｔｏｋｍｏ ｅ ｉｐ ｔｏｗ ｄ ｏ ｅｅ ｅｇｎ ｏｉｏ ｉ ｄ ａ ｌｉｅ ｔ ｃｔ ｎ ｅｗ ｒ ｄ ｌｓ ｕ ｒ ａ ｒ ｉｓｌ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｕｔｄ ｎｉ ａｉ ． ｆ ｒ ｆ ｄ ｉ ｐ ｔ ｎ ｇｎ ｆ ｉ ｆ ｏ
柴油机机体 振动分析与诊 断研究
赵润鹏 。潘 宏侠 ，潘铭 志 。王 晋
（ 中北 大学机械工程与 自动化学院， 山西 太原 ００５ ） ３０ １ 摘要 柴油机运行 时因激振力的作用会产生一定方向和频率的冲击振动，构件 的裂纹或松动 等故障会影响到其响应成分的频率能量特性。针对柴油机运行时的冲击响应振动信号 ，利用小波 分 析快 速进 行信 噪 分 离 ，频 域 范 围 内采 用功 率谱 分析 结 合 小波 包分 解 对各频 段 能量谱 分析 。根 据
ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ａ ｄ ｍｏ ｎ ｍｅ ｄ ｍａｎ ｖｂ ａｉｎ ｓｇ ａ ， ｓ ｗ ｌ ａ ｈ ｎ ｅ ａ ｄ ｄ ｓｒ ｕ ｏ ｆ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｋ ａ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｉ ｉ ｒ ｔ ｉ ｌ ａ ｅｌ ｓ ｃ ａ ｇ ｎ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｈ ｎ ｆ ｏ ｉ ｏ ｎ ｉ ｉ
柴 油机 设计 与制造 Ｄｅｉｎ＆Ｍａｕａｔｒ ｆ ｅｅＥ ｇ ｅ ｓ ｇ ｎ ｆ ｕｅ Ｄｉｓ ｎｉ ｃ ｏ ｌ ｎ
ｄｉ１ ． ６６ｉ ｎ１７ － ６４２ １ ． ． ５ ｏ： ０３ ９ ．ｓ ． １０ １．０ ０ ０ ９ ｓ ６ １４ ０
3100柴油机机体有限元分析的开题报告
3100柴油机机体有限元分析的开题报告一、选题背景目前，柴油机作为重要的动力装置，被广泛应用于船舶、农业机械、工程机械、汽车等领域。
在柴油机设计中，机体是其最重要的部件之一，具有重要的结构、力学和振动特性。
为了保证柴油机的稳定运行和使用寿命，必须对机体进行充分的分析和测试。
有限元分析（FEA）是一种广泛应用于机械、航空航天、汽车等领域的数值分析方法，可用于评估机体的结构强度、刚度、振动特性等重要性能。
本课题旨在应用有限元分析方法对3100柴油机机体进行分析，为其设计、制造和优化提供科学的理论依据。
二、选题目的和意义本次选题的主要目的是对柴油机机体进行有限元分析，探究其结构、力学和振动特性。
则有以下意义：1. 优化设计。
根据有限元分析的结果，可以对柴油机机体的结构和几何参数进行优化，提高其强度和刚度，降低振动和噪音，进而提高柴油机的整体性能和使用寿命。
2. 降低成本。
通过有限元分析优化设计，可以减少制造中的试错和误差，从而降低柴油机的制造成本。
3. 提高技术水平。
本次研究将应用有限元分析方法对柴油机机体进行分析，从而增强相关领域的技术研究水平。
三、研究内容本次选题的主要研究内容包括：1. 形成3100柴油机机体的有限元模型：根据柴油机的结构和几何参数，建立其三维有限元模型。
2. 确定柴油机机体的边界条件：根据实际工况和负载，确定柴油机机体的边界条件，如约束条件、荷载条件等。
3. 进行应力分析：采用应力分析方法，分析柴油机机体的强度和刚度，如最大应力、应变等。
4. 进行振动分析：采用振动分析方法，分析柴油机机体的自然频率、振幅、振动模态等。
5. 优化设计：根据有限元分析的结果，优化柴油机机体的结构和几何参数，提高机体的强度和刚度，降低振动和噪音。
6. 结果分析和评估：对有限元分析的结果进行分析和评估，评估柴油机机体的结构、力学和振动特性，为后续的优化设计提供依据。
四、研究方法和技术路线本次选题的研究方法和技术路线如下：1. 确定柴油机机体的有限元模型：采用CAD软件建立柴油机机体的三维CAD模型。
多缸柴油机机体结构有限元模态分析
舀 ｅｂ ｋ ａ ｎ ｌ ．Ｂ ｓ ｏ ｅｄ，＇ｃａａ ｓ ｆ ｅｆ ｃｄｖ ｒｔｎｏ ｅｂ ｋ ｈ ｘ ｎ ｄｌ ｅ ｏ ｃ ｏ ｎｔ ｙ ｎ ｌ ｉ ｏ ｒ ｉ ａ ｏ ｆ ｌ ，ｔ ｅｔ ｔ ｖｌ ｆ ｈ ￣ｉ ｎ ｙ ｓ ｔ ｏ ｅ ｂ ｉ ｈ ｈ ｔ ｃ ｏ ｅ ｅ ａ ｅ ｎ
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
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍｅ ｔＭ ｏ ａ ｉｙ Ａｎａｙ ｉ ｆＣｙ ｉ ｄ ｒ ｎｔ ｅ ｎ ｄ ｌ ｔ ｌ ｓｓｏ ｌ ｅ ｎ
Ｂｏｋｏ ｌ —Ｃ ｌ ｄｒＤｅｅ Ｅ ｇ ｅ ｌ ｆ ｃ Ｍｕｔ — ｉ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｉ ｙ ｎ ｓ ｎ
Ｗ ｅ ｉ ｉｒ ｔ ｏ，Ｌ ｕ Ｔ ｏ，Ｓ ｉ ｕ ｏ ｇ ｉ ａ ｈ ｙ ｎ ，Ｌ ｏ ｉｎ Ｘｉ ｉＧｕ ｘａ ｇ，Ｈｕ Ｙ ｐ ｎ ｕ ｉｇ
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
柴油机缸盖结构有限元模态分析和模态测试
柴油机缸盖 结构有 限元模态分 析和模态 测试
王科富 ， 利桂梅 ， 陈树 勋
（ 广西大学机械工程学 院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
义 特 征值 和 特 征 向量 ，即可 得 到结 构 的 固有 振 动 的
模 态频率和相应的模态振型【 ｌ 】 。并通过模态测试得到 该 缸盖结构 的试验模态频率与振型。比较有限元模
图 １ 缸盖的实 际形状
图 ２ 缸盖的几何模 型
建立几何模型后 ， 对模型进行相关设置和网格划
态分析和模态测试结果 ，验证 了有 限元模态分析模 分 。选用 四面体单 元 Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ４ ５ 单 元类 型 ， 以适 合 不规 型 与结 果 的合 理 性 ， 为该 缸盖 结 构设 计 的改 进 与优 化 则 的模型 网格划分 ， Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ４ ５单元 由八个 节点构 成 ， 单
态分析与模 态测试结果 的对比 ， 验证 了有 限元模 态分析模 型与结果合理性 ， 为该类型发动机 缸盖 结构设计 与优化提供
了参 考依 据 。
关键 词 ： 柴油机 ； 缸盖 结构 ； 模 态分析 ； 模 态测试
中图分类 号 ： Ｔ Ｋ ４ ２
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ １ １ ２ — ０ ３
１ 发动机缸 盖结构有 限元模态分析
１ ． １ 有 限元模 型 的建 立
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ０ — ０ ６
柴油机机体三维建模及有限元模态分析
ＩＪ Ｙｕ ｍｅ ． ＹＵＡＮ ｅ — ａ 』Ｕ － ｉ Ｗ ｎ ｈｕ
（ ｈ ｍｎ ：１・ｔ Ｓｍｕ ｍｌ ４ ２ ０ ． ｈｎ ） Ｓ ｍｂ ｇｔ ｂｇ・ ｌ ｙ ｇ ２ ０ ４ Ｃ ｉａ ． ．
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发动机 的机体 魁发动机 的 ｛体结 构 ． 承受 荷极 为
杂的 载荷 ．其动态 特性 商接 影 响 发动 机的 帖 体性 能 ； 而 此 建模时 ． 一次 ： 征化 完成 建校 ， 州机 体进 不能 特 需 儿． 着人 ｌ， 境 求 的提 高 ． 随 ｘ环 ｔ 发动 机的振 动 和ｌ声 Ｍ ｛ 分缺特 ￣－ ． ｉｆ 生成整机 特 征 ｌ￣ ！ 题 也备受 暾观 剥发 动机 的机体 逊 ｛ 模态 分析 有肋 ｒ姒 建模 采川 美 网 ＰＩ： ＇ 公 的 Ｉ ’ （ Ｊ Ｅ建 发 动机体 的 ｎ
别机体的动态特性．褂到的 ｆ Ｉ 关数槲对机体结构的优化 维 实体 模唰 ｍ 下发动 机的 机体 址 ・ 铸造 ｆ辅体 类零 个 ｌ ｛ 】 改进 设计 以及减 振降噪都 具有 一定 的指 导意 义 什 ，＝ 构形状 搬 为复 杂 ， 构 Ｉ分巾 钉 徉种加 强筋 、 Ｊ结 ｌ ； 结 ‘ Ｉ
柴油机整机结构有限元模态分析_郭常立
收稿日期:2008206227;修回日期:2008211203基金项目:部级预研项目资助(40402040108)作者简介:郭常立(1983—),男,山东省郓城市人,在读硕士,主要研究方向为内燃机振动噪声分析与控制;gclmy @ 。
柴油机整机结构有限元模态分析郭常立,张保成,赵丕欢,张光炯(中北大学机械工程与自动化学院,山西太原 030051) 摘要:在离散误差收敛性分析的基础上,建立了某军用V 型柴油机主要零部件及整机结构的有限元分析模型。
采用Lanczos 法对零部件及整机组合体的自由模态进行了计算,得到了其固有频率和振型,通过振型分析,找到了整机振动的薄弱部位,从而为柴油机结构的改进设计及整机的动态响应分析提供了可靠的依据。
关键词:柴油机;有限元法;模态分析中图分类号:T K423 文献标志码:B 文章编号:100122222(2008)0620037204 内燃机的动态特性决定内燃机的振动及噪声辐射水平。
军用柴油机功率大,工作较为粗暴,为减轻质量,许多主要零部件都采用铸铝材料,这些因素都导致了军用柴油机存在着更为严重的振动和辐射噪声问题,有必要对其主要零部件乃至整机的动态特性进行计算,以便从结构上有针对性地提出具体的减振降噪措施。
文献显示,以往针对内燃机结构动态特性的研究工作主要集中于对内燃机单个零部件或整机主要部件组合体振动特性的研究,且建模过程中对原结构均进行了较大的简化。
事实上,实际内燃机工作状态中各个零部件之间的运动是相互耦合、互相影响的,大量的外部附件及实际安装状态都会对内燃机的动态特性产生重大影响。
因此,要想全面、准确掌握整机的动态性能,就有必要进行内燃机整机模拟装配状态的组合体模态计算分析。
试算表明,在进行军用V 型柴油机此类复杂结构的动态计算中,实体或分析模型建立过程中对结构或边界条件的简化方式和程度,以及单元特征尺寸的选择都会给计算结果带来较大差异。
因此,本研究在对该型柴油机建模过程中充分考虑了可能对整机振动特性产生影响的局部结构特征,并在完成了有限元离散误差收敛性分析的基础上,采用实体单元建立了用于动态特性分析的整机组合体有限元模型。
柴油机整体有限元模态分析
实现了制造系统的整体改进，提高了企业的市场竞争力。
［参考文献］［1］Lefran 觭ois P ，Harvey S ，Montreuil1B ，Moussa B.Modelling andsimulation of fabrication and assembly plants:anobject-drivenapproach ［J ］.Journal of Intelligent Manufacturing ，1996（12）：467－478.［2］RotabKhan M R ，Harlock S C ，Leaf G A puter simulationof production systems for woven fabric manufacture ［J ］.Computers &Industrial Engineering ，1999（12）：745-756.［3］王国新，宁汝新，王爱民，等.仿真优化在制造系统中的应用现状及发展趋势［J ］.系统仿真学报，2008（1）：1-6.［4］张楚贤，李世其，蔡冽.现代工程系统建模与仿真方法［J ］.系统工程，2007（2）：111-115.［5］孙小明.生产系统建模与仿真［M ］.上海:上海交通大学出版社，2006.（编辑明涛）作者简介：尹丹（1985-），男，硕士研究生，主要研究方向为工业工程、生产计划与控制、成本管理。
收稿日期：2009-05-06柴油机整体有限元模态分析刘金玲，金涛，马宇山（浙江大学化工机械研究所，杭州310027）1前言柴油机已广泛应用于车辆、舰船、坦克等等设备中，其性能直接影响车船运行的可靠性。
目前，柴油机向着大功率、轻重量的方向发展，使得其刚度不断减小，从而加剧了部件的振动和结构噪声，直接影响柴油机的寿命。
模态分析技术是现代机械产品结构动态设计和分析的基础，是近年来迅速发展起来的分析系统结构动态特性的强有力工具。
某柴油机机体模态测试及分析
试 验条 件所 限 ，不 可能 布置许 多测 点 ，考虑 到机体 结
构 的特点 和模 态识 别精 度的需 要 ，在试 验 中将 所有 节 点作 为测 点 ，对 每 个测 点 分别 给予 ｚ和 Ｙ方 向激励 ，
这样 做既 可使整 个实 验操 作简 单可行 ，又综合考 虑 了
其 动态特 性 ，不 至 于丢失模 态 。
意 两个 点 之 间都 有 相对位 移 ，具有无 穷 自由度 。在模 态试验 中将 连续 弹 性体 简化为 由许多 节点所 组成 。根
据结构 特点 ， 某些 相邻 的两个 点之 间在几何 上有 联 系 ，
收稿 日期 ；２ ０— ８０ ０ ６０ —２；修 回 日期 ，２ ０ 一Ｏｌ ０ ６ ｌ—８
模 态是 系统 的某 一本 质 的振 动形态 ，在 这种 振动 形 态下 ，系统 表 现 出单 自由度系统 的运 动特征 。模 态 分 析技 术是建 立在 实验 基础 上 ，采 用实 验与模 拟计算 相 结合 的方法 ，通 过相 应 的计 算软 件来 很好地解 决工 程 中实 际问题 的一 种现 代分 析技术 。试 验模态 分析 的 基本 理论 就是 ：把 复杂 的多 自由度 系统分 解为若 干个 子 系统 ，先 求 出各个 子 系统 的若干低 阶模态 ，再 根据 相邻 系统 的位移 协调 关 系或力 的平衡关 系把 各个 子 系 统 组装 成整 体运 动微 分方程 组 ，导 出减 缩 自由度 的综 合特 征值 问题 。通过 对实 际结构 的振 动测试 ，对 机械 施加激 振力 ，测量 响 应 ，得 到识 别振动 系统 的模态 参
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２ ０ 年 第 ２期 ０７
宫 文 龙 ，等 ：某 柴 油 机 机 体 模 态测 试 及 分析
・１ ３・ １
基于ANSYS的某柴油发电机组模态分析
基于ANSYS的某柴油发电机组模态分析
陈孟;冯少东;黄庆
【期刊名称】《现代计算机（专业版）》
【年(卷),期】2016(000)016
【摘要】柴油发电机组中柴油机的活塞为做周期运动的部件,在运行过程中会产生机械振动,因此需要通过隔振器与地基进行隔离.为了证明隔振设计是否合理,有必要对柴油发电机组进行模态分析,确定是否避开柴油机的工作频率.应用ANSYS有限元软件,建立柴油发电机组的有限元模型,对其进行模态分析,将模态结果与柴油机工作频率进行比较,结果显示柴油发电机组的隔振设计合理有效.
【总页数】3页(P3-5)
【作者】陈孟;冯少东;黄庆
【作者单位】上海核工程研究设计院,上海200233;上海核工程研究设计院,上海200233;上海核工程研究设计院,上海200233
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench柴油机后处理装置的模态分析 [J], 周小燕;李兵;孔芬霞;陈镇;张婷;陆国栋
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3.基于ANSYS的柴油机连杆有限元模态分析 [J], 魏玉娜;陈仲海;王连宏
4.基于ANSYS水轮发电机组轴系临界转速及模态分析 [J], 徐瑞红; 龙胜鹏; 于凤
荣; 张晓旭
5.基于ANSYS的柴油机机体组件模态分析及结构改进 [J], 焦洪宇;陈玉宇;许广举因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
柴油机机体有限元模态分析
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河 南 科 技 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ）
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在建立的三维几何实体模型上划分有限元网格之前， 先确定机体的材料， !"#$%&’ 柴油机机体采用 有关特性见表 $。 (")&* 铸造，
表! 密度（ + ,+-.% ） 6 7 )& 8 6 7 %& 比热容（ ・0 ） + /+, * 7 & 8 * 7 &# "#$!%&’ 柴油机机体材料特性参数 弹性模量 +123 $*9 8 $)6 线胀系数 + 0 （$$ 7 & 8 $) 7 *） : $*; 泊松比 * 7 )& 热导率（ ・ + 4+. 5） #9 8 &)
［<］ 边界条件的确定方法大体上可分为解析法、 试验法和试算法 。本文所加的边界条件是经过多次试
算确定下来的用以模拟机体安装时紧固螺栓， 约束机体裙部的四个小面的 ! 、 "、 # 方向移动自由度和 ! 、 " 方向的转动自由度。 !($ 模态分析计算方法的选取
［ ］ 工程分析中模态分析的计算方法主要有 =3>-?@A 算法、 1BC3> 缩算法和逆迭代法 $* 。
根据该机体的结构特点， 本文从机体前端到后端分为 $* 大块 来划分网格。划分网格采用手动局部加密和自动划分网格相结 合的办法来进行， 对五个主轴承座与火力面进行局部加密。选用 该单元具有适应性强、 计算精度高的 9 节点的四面体等参元单元， 优点。总共生成节点 #&$%9 个、 单元 6#6%6 个， 生成的有限元模型 如图 $ 所示。 !(% 机体边界条件 边界条件属于解的唯一性条件， 对它的模拟合理与否直接影
在三缸发动机振动分析的研究
在三缸发动机振动分析的研究作者：张兆奎，张志斌，王悦，邴纪秋，白冰来源：《时代汽车》 2018年第11期摘要：以某三缸汽油发动机作为研究对象，应用AVLExatePowerUnit仿真分析平台进行整个发动机的振动仿真分析，得出三缸机缸体、缸盖、油底壳和摇臂室罩壳指定点的振动加速度，从而积累数据以便后续能够制定相应的评判标准判断是否符合NVH设计要求。
在发动机设计阶段就进行发动机整机的结构振动计算，找到主要的振动噪声源，为后续的优化改进工作提供理论依据。
通过研发阶段引进NVH性能概念，对实现被动抑制向主动控制的转变以及新机型的开发有着重要意义。
关键词：Excite；振动分析；NVH；发动机1引言近年来，国内研发人员不断对发动机技术深入探索，使共性能、技术大幅度得到提高，同时国家法规要求越来越严格，促使各种车辆发动机都朝着小排量、大功率的方向发展，尤其是三缸发动机进行更深一步的研究。
由于三缸机的结构决定了工作中总是有两个缸同时工作，另外一个缸单独工作，理论上发动机不可避免的出现振动问题。
就算是进行了大量的优化，发动机噪音和振动也将比一般的四缸以上发动机略大。
之前的发动机NVH采用长期经验、不断实验、快速围堵等手段反复优化，导致严重制约了研发周期，加大了研发成本。
若采用CAE仿真手段，在设计阶段即可引进NVH性能的概念，实现被动抑制向主动控制的转变，对新机型的开发有着重要意义。
本文以某三缸汽油发动机为例，依据NVH仿真标准流程和方法，以多体动力学分析和有限元方法为基础，运用Excite软件分析后评估发动机关键点的振动。
文研究对象是直列三缸增压汽油发动机，发动机结构为直列三缸、水冷、四冲程、废气涡轮增压。
其缸径为75.5mm，冲程81.84mm，连杆长度131mm，缸间距82mm，如下图1：2整机有限元建立本文仅考虑在燃气压力激励下的振动情况，保留的模型包括主要固定零部件：缸体、缸盖、油底壳、摇臂室罩壳、正时罩壳、主轴承盖、凸轮轴轴承盖、进气歧管、排气歧管，悬置支架、涡轮增压器、电机等，以及运动件：曲轴、连杆、活塞、皮带轮、双质量飞轮等。
CF139柴油机机体模态分析
图 6 第 1阶试验模态振型 图 7 方案一第 1阶模态振型 图 8 方案二第 1阶模态振型 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第 37卷
近试验模态频率 。由表 1 可知 ,利用 AN SYS模态分 析整体求解和模态综合法求解零件固有频率均有较 高精度 。
表 1 试验结果与计算结果的固有频率对比
阶 试验 数 结果
方案一
方案二
方案一与 试验结果
Abstract: Entity model and finite element model were studied for CF139 D iesel Engine by app lication of PRO / E and ANSYS FEA software. The modal analysis was carried out by two p rojects, and the mode shapes and natu2 ral frequency of the cylinder block were obtained. The p recision of the FEA Modal Analysis and Component Mode Synthesis were validated w ith modal test results. And a good foundation was established for further anal2 ysis. Keywords: D iesel engine, Cylinder block, Modal analysis, FEA
4DW93-84E3柴油机机体组合件结构有限元分析中期报告
4DW93-84E3柴油机机体组合件结构有限元分析中
期报告
本次结构有限元分析旨在对4DW93-84E3柴油机机体组合件进行静态力学分析和模态分析，通过有限元方法对该结构的应力、变形和固有频率等进行分析和评估，为优化设计提供依据。
本次分析中所使用的软件为ANSYS Workbench，整体流程分为以下几个步骤：
1.建立模型
首先对4DW93-84E3柴油机机体组合件进行建模。
根据实际图纸，采用Solidworks进行三维建模，包括机体、支撑、附件等部件，并导出STEP文件。
2.构建有限元模型
将导出的STEP文件导入到ANSYS中，进行网格划分，采用三角形单元进行划分，并对模型进行了四个相邻面自动匹配、指定材料属性、加载约束及荷载等处理，构建有限元模型。
3.静力学分析
在静力学分析中，将模型施加在其固定底部的支撑面处作用于输入载荷，在Load步骤中将这些边界条件加入模型中，并对模型进行了求解和后处理。
4.模态分析
在模态分析中，通过计算机对结构在零初始条件下的振动特性进行分析，计算结构的固有频率和振型，并对模型进行了求解和后处理。
5.结果分析
将求解结果在分析报告中进行展示，并通过分析结果评估了
4DW93-84E3柴油机机体组合件结构的强度、稳定性和刚度等关键性能指标，为优化设计提供了参考。
本次中期报告已完成了建模、网格划分、约束荷载、静力学分析和模态分析等步骤，下一步将完成结果分析和报告撰写。
发动机缸头模态、刚度分析
1.分析目的对新开发的缸头进行校核分析，检查其模态、热变形、刚度是否满足要求。
2.模态的计算缸头网格大小3mm，其材料弹性模量E=7.2e4MPa、泊松比0.3、密度ρ=2.7e-9T/mm3 ，考察1-12000Hz频率内缸头的自由模态。
模型如下：计算结果如下：前三阶计算结果：第一阶1694Hz 第二阶2432Hz第三阶2604Hz 凸轮轴第一阶4946Hz由上图可知缸头的第一阶模态频率1694Hz，而凸轮轴第一阶模态频率4946Hz 两者相错开；而且缸头前三阶的振型接线位置基本都在凸轮轴支架上。
模态分析满足要求。
模态频率分布第一阶频率分布与链轮的频率错开）缸头第一阶1694HZ，凸轮第一阶4946Hz合格缸头的前3阶阵型的节线位置尽量放置在凸轮轴支架上缸头前三阶基本在凸轮轴支架上合格3.缸头螺栓预紧力状态下缸头的不均匀度校核3.1 螺栓预紧力校核约束缸头底面3个方向的自由度，每个螺栓施加螺栓预紧力34500N。
链条腔侧螺栓预紧力为12000N。
3.1.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.59-0.10=0.49S 0.61-0.19=0.42S排气链前0.58-0.06=0.52S 0.62-0.16=0.46S 3.1.2密封性计算结果由计算结果可知链条腔侧的最小面压为8Mpa。
燃烧室周围最小面压为18.3Mpa参考标准计算值结论链条腔>1Mpa 7.3 合格燃烧室>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格3.2 750螺栓预紧力校核3.2.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.36-0.12=0.24S 0.37-0.12=0.25S排气链前0.32-0.04=0.28S 0.34-0.02=0.32S缸头螺栓预紧力作用下各项指标计算结果考察考察内容参考指标计算值结论项目188M Q螺栓预紧力作用下缸头的刚度凸轮轴轴承座的径向静变形<=3S / / 座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.49S 不合格进气座圈0.42S 不合格链条腔侧排气座圈0.52S 不合格排气座圈0.46S 不合格燃烧室周围面压>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格链条腔侧面压>1Mpa 7.3 合格同一摇臂轴两端的竖直方向变形差<2S//750螺栓预紧力作用下刚度座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.24S合格进气座圈0.25S合格链条腔侧排气座圈0.28S合格排气座圈0.32S合格4.燃烧室刚度分析4.1 燃烧室刚度分析在燃烧室施加燃气爆发缸压，约束缸头底面和上端螺柱孔3个方向自由度，考察座圈的轴向变形量。
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中图分类号：Ｔ ４２ 文献标识码：Ａ Ｄ Ｉ Ｋ２ Ｏ 编码 ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ ６—１５ ．０ ０ ０ ．０ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｓ ３５２ １．３０４
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三 缸柴 油机机 体约束 模态 分析
１ ３
文 章 编 号 ：０６１５ （０ ０ ０ － １－３ １０ ．３态 分 析
鲍林 晓 ，左 言 言 ，周 海超
（ 苏大学 振 动噪 声研 究所 ， 江 江苏镇 江 ２ ２ １） １０ ３
摘 要 ：利用 Ｕ ５ ０软件建立 了某三缸柴油机机体 的三维 实体模型 ， Ｇ． 应用 Ａ ｓｓ 限元 分析 中常用 的 Ｌ ｎ— ｎｙ 有 ａｃ
随着农 业机械 化 的发展及 对 环境要 求 的不断 提
高， 拖拉机发动机 的振动 和噪声 问题越来 越引起人 们 的关注 。发动机机 体是 发动 机 中结构 最 复杂且 体 积
ＢＡＯ ｎ ｘ ａ Ｌｉ — ｉ ｏ， ＺＵＯ ａ — ａ Ｙ ｈ ｙ ｎ， ＺＨＯＵ ｉｃ ａ Ｈａ — ｈ ｏ
（ｎｔｕｅｏ ｏ ｅａ ｄＶｂａｏ ， ｉ ｇｕＵ ｉ ｒ ｔ， ｈ ｎｉ ｇＪ ｎ ｓ １０ ３ Ｃ ｉａ Ｉｓｔｔ ｆ ｉ ｎ ｉｒｔ ｎ Ｊ ｎ ｓ ｎｖ ｓｙ Ｚ ｅｊ ｎ ｉ ｇｕ２ ２ １ ， ｈｎ ） ｉ Ｎ ｓ ｉ ａ ｅｉ ａ ａ
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ＺＳ ， Ｏ 法 采用 ４种不同约束条件对其进行 了模态分析 ， 分别计算 出机体结构 的前 １ ０阶约束模态 的固有频率 和相应
振型 ， 并对分析结果进行了比较。通过振型 比较分析 ， 发现施加不 同约束 固有频率提高的幅度不 同， 型也有较大 振 变化。另外针对机体振动 的薄弱部位 ， 出了相应的改进措施 ， 而为该 柴油机机体 结构 的改进设 计及机体 的动 提 从 态响应分析提供可靠 的依据 。 关键词 ：振动与波 ； 柴油机机体 ； 模态分析 ； 约束 ； 有限元法