模态分析在发动机托架中的应用
计算模态分析在发动机振动噪声中的应用
计算模态分析在发动机振动噪声中的应用作者：刘庆晨来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第12期关键词：模态分析；振动；噪声；发动机一、前言当今世界上，汽车的噪声和有害气体的排放已成为汽车污染环境的首要问题。
由于对生存环境的关心，人们力求降低汽车的噪声，而发动机又是汽车最重要的噪声源。
因此，汽车发动机的低噪音化研究是很必要的。
近年来，随着计算机技术的飞速发展，在汽车产品开发方面，CAE技术已经大量应用。
在零部件以及整车尚未制造出来时，使用C AE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。
模态分析技术是现代机械产品结构设计、分析的基础，是分析结构系统动态特性强有力的工具。
计算模态分析可以预测产品的动态特性，为结构优化设计提供依据。
模态分析是研究结构动力特性的一种方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
二、模态分析基本理论振动模态是弹性结构固有的、整体的特性，通过模态分析方法得到结构各阶模态的主要特性，就可能预知结构在此频段内，在外部或是内部各种振源作用下的实际振动响应，而且一旦通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以将这些参数用于设计过程，优化系统动态性能。
模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，称为是数值模态分析。
结构模态分析是结构动态设计的核心，其目的是利用模态变换矩阵将耦合的复杂自由度系统解耦为一系列单自由度系统振动的线性叠加，为结构系统的振动特性分析，振动故障诊断与预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
1.结构动力学方程对一个线性多自由度系统，其动力学平衡方程可表示为：2.结构的自由振动由此，求解一个多自由度系统的固有频率和振型的问题就归结为求方程组（5）的特征值和特征向量问题。
由于一般情况下，有限元分析中系统的模型较大，且不需要提取全部模态，所以多选用迭代法求解，常用的方法有子空间迭代法（Subspace Method）和兰索斯法（Block Lanczos Method）等。
发动机悬置支架模态分析
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悬置、铁芯和悬置护罩
图2 带附加质量的下支架 图3 单独下支架
螺栓和螺母
上支架 下支架
图1 发动机悬置支架系统
进行模态分析时，将图1悬置简化成3个互相 垂直的线性弹簧，悬置的轴向刚度为8250N/mm， 径向刚度为5700N/mm。图1模型的约束边界条 件为下支架的前端面、上支架的端截面和上支架 与发动机连接上端面的螺栓孔附近区域进行全约
1 模态分析的理论基础
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模 态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些 模态参数可以由计算或实验分析取得，其计算或实 验分析过程称为模态分析。计算模态分析即有限元 模态分析，是把要分析的结构细分为有限个形状简 单的微小网格单元，再将其综合起来进行近似计 算，是在很多领域得到广泛应用的一种模拟实验技 术，属于动态分析有限元方法［3］。通常将所研究 的机械结构看成是质点、刚体、弹性体及阻尼器 构成的系统，并将其离散成有限多个相互弹性连接
机械设备的模态分析与优化设计
机械设备的模态分析与优化设计随着科技的不断发展，机械设备在工业生产中扮演着重要角色。
为了提高机械设备的效率和稳定性，模态分析与优化设计这一重要技术应运而生。
本文将对机械设备的模态分析和优化设计进行探讨。
一、模态分析模态分析是研究机械设备振动特性的一种方法。
它通过对机械结构进行振动测试和模态识别，得到结构的固有频率、模态形态和振动模态等信息。
模态分析有助于揭示机械设备存在的问题，如共振、应力集中和稳定性等，并为优化设计提供依据。
机械设备的模态分析通常涉及使用高精度传感器进行振动测量，采集设备在不同工况下的振动数据。
这些数据经过信号处理和频谱分析等处理手段，得到设备的频率响应曲线和振动模态图。
通过分析与对比这些数据，可以确定设备的固有频率和主要振动形态，识别可能存在的问题和缺陷。
二、优化设计模态分析为机械设备的优化设计提供了重要的依据。
优化设计旨在提高设备的性能、减少振动和噪声、延长使用寿命等。
在模态分析的基础上，可以对机械设备的结构进行调整和改进，以优化其振动特性。
优化设计的方法有很多种，例如材料优化、结构优化和参数优化等。
在材料优化方面，可以选择适合的材料，以提高设备的刚性和耐久性。
在结构优化方面，可以通过调整连杆、减小轴承间隙等方式，改善设备的振动特性。
在参数优化方面，可以通过对传动系统的参数进行调整，以减少设备的共振现象。
三、模态分析与优化设计的应用模态分析与优化设计广泛应用于各个领域的机械设备中。
比如，在汽车制造领域，通过对发动机和底盘等关键部件进行模态分析和优化设计，可以提高汽车的舒适性和安全性。
在航空航天领域，通过模态分析和优化设计可以降低飞机的振动水平，提高飞行稳定性和燃油效率。
在工业制造领域，通过对机械设备的结构和参数进行模态分析和优化设计，可以提高生产效率和产品质量。
结语机械设备的模态分析与优化设计是提高设备性能和可靠性的重要手段。
通过模态分析可以了解设备的振动特性，发现潜在问题和缺陷，并为优化设计提供依据。
模态分析在汽车方面的应用
模态分析在汽车方面的应用周海涛(重庆公共运输职业学院，重庆402247)摘要：结构模态在汽车领域应用非常普遍，通过结构模态的定义及目的，结构模态分析的两种分析方法：有限元分析方法和实验模态分析方法。
结合实际情况分别从汽车开发初期的应用，汽车对标分析，汽车在生产过程中质量控制，故障 诊断等方面说明结构模态在汽车方面的应用。
关键词：结构模态；对标分析；质量控制；故障诊断 doi ： 10. 3969/j . issn . 1006 - 8554. 2017.07.058技术与市场____________________________________________________________________________________________________________技术研发2017年第24卷第7期〇引言由于之前的学习工作并没有接触到“结构模态”相关领域， 所以对这方面没有太多的认识。
通过对《结构模态分析理论与 应用》课程的学习有了一定的认识。
结构模态在汽车领域应用 非常广泛，从汽车设计初期到实验，从汽车生产质量控制到故 障诊断都会应用到结构模态的分析。
据相关统计数据显示，汽 车使用过程中大概有1/3的故障问题是跟车子的振动、噪音等 有联系，而各大汽车企业花费了近20%的研发费用用于在解 决车辆的振动、噪音等问题上。
通过结构模态的分析也是解决 这方面问题的有效办法。
文章主要分析了结构模态在汽车方 面的应用。
1结构模态分析的概述结构模态分析理论是在20世纪30年代机械阻抗与导纳概念的基础上形成的。
结合了振动知识、信号分析处理、数据 分析、数理统计、自动控制等相关的知识，在这基础上形成一套 自己的理论。
1.1结构模态分析的定义及目的将线性时不变系统振动微分方程组中的物理坐标变换成 为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数 描述的独立方程，坐标变换的变换矩阵为振型矩阵，其每列即 为各阶振型[1]。
发动机悬置支架模态分析实践
Ｉ阶固有频率。本文通过悬置支架优化设计及模态分析实践，总结出提高模态方法，为设计提供理
论的参考依据。
２对模态影响的因素
２．１
材料对模态的影响
针对材料物理属性：弹性模量、泊松比及密度等情况下对某一悬置支架进行模态分析，并结合
实际材料的应用，考察材料的物理属性对模态的影响。
２．２弹性模量对悬置支架的模态影响
选取两组弹性模量分别为１７５ＧＰａ及２１０ＧＰａ，Ｕ＝Ｏ．３０，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性
进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图ｌ所示。结果表明弹性模量的增
加会使悬置支架的Ｉ阶固有频率增加。
２．３泊松比对悬置支架的模态影响
选取两组泊松比分别为０．２５及０．３０，Ｅ＝２１０ＧＰａ，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性进行模 态分析，约束与发动机装配的三个螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图１、图２所示。结果表明泊松比对
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Ｉ阶楼态振型图（４４１
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斟３ Ｉ阶模态振型圈（４４０ ５Ｈｚ） 图４ Ｉ阶模志振型留（４４１ ７Ｈｚ
３结构设计对模态的影响
以两个悬置支架的模态分析为例，找出薄弱点或对结构刚度产生影响的原因，为结构的改进设 计提供理论依据。咧６为悬置支架原优化设计方案，模态较低。从模态振型图可看出，红色圈所示 部分为应变能较大的区域，对此部分进行加强可有效改善支架模态。增加加强筋后的结构模态分析 见图７，从上述模态分析可看出，在应变能太部位合理设置加强筋可有效改普模态。
实际应用中以铸钢和球墨铸铁材料为主。如ＺＧＤ４１０—７００和ＱＴ４５０－１０材料，其参数为
Ｅ＝２ＩＯＧＰａ／１５０ＧＰａ，ｌＪ＝０．３０／０．２５，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３／７．３Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３；铸钢材料的悬置支架的模态分析 见图４，球黑铸铁的悬置支架模态分析见图５，结果表明铸钢材料的悬置支架比球墨铸铁材料的悬置 支架Ｉ阶固有频率要高。
发动机悬置支架模态提升与轻量化设计
发动机悬置支架模态提升与轻量化设计钟超陈华韩伟楼江任立志（东风越野车有限公司，十堰4420⑶［摘要］发动机悬置支架是动力总成系统中的重要零部件，对于汽车的NVH性能有着重要影响。
文章基于某款皮卡车的动力总成悬置车身端支架一阶模态频率不达标的问题,提出优化方案，通过拓扑优化对结构进行减重分析,优化后车身端悬置妬结构不仅模态频率达到了设计要求，还实现了该悬置支架的轻量化设计。
计算结果表明了本分析优化沁的有效性，该研彌于车身®及车身上其他輛件定的券意义。
[Abstract]Engine mounting bracket is an important part of powertrain system,which has an important influence on the NVH performance of the automobile.In this article,based on a certain kind of pickup truck powertrain mount body end bracket whose first order modal frequency is substandard, the optimization scheme is put forward.Through analyzing the structure of topology optimization for weight loss,the optimized body side mount bracket structure modal frequency not only reaches the design requirement,but also realizes the lightweight of mount bracket design.The calculation result shows that the optimization method is efiective,and the work has certain reference significance for the design of the suspension bracket and other parts of the body.【关键词】悬置支架一阶模态拓扑优化doi:10.3969/j.issn.1007-4554.2021.04.110引言发动机是汽车产生振动噪声的重要激励源之一，通过悬置支架与车身相连，发动机产生的各种交变载荷会通过悬置支架传递到车身，引起车身振动，从而产生各种振动噪声问题。
发动机悬置系统极限强度与模态分析
发动机悬置系统极限强度与模态分析
谢伟
（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330030）
摘 要：为了校核某悬置系统是否满足性能要求，采用有限元技术对其进行极限强度分析，得到了其在垂向跳动工 况、紧急制动工况和紧急转弯工况时的应力分布，均在其材料屈服范围之内。再对其进行模态分析，分析表明其前 三阶模态频率均高于发动机的二阶点火激振频率，因此该悬置系统能够满足强度和模态设计要求。 关键词：悬置系统；有限元；强度；模态 中图分类号：U464.13 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)11-36-03
整车行驶时主要分为垂向跳动工况、紧急制动工况和紧 急转弯工况，因此约束悬置与车架连接处的 123456 自由度， 在-Z 方向加装 4g 重力场载荷（垂向跳动工况），在-Z 方向加 装 1g 重力场载荷，与此同时在-X 方向加装 1.0g 载荷（紧急 制动工况），在-Z 方向加装 1g 重力场载荷，与此同时在 Y 方 向加装 1.0g 载荷（紧急转弯工况），以此采用 Nastran 软件[3,4] 对该悬置系统进行极限强度分析。 3.3 强度分析结果
1 引言
汽车悬置系统作为动力总成最重要的组成部分，其主要 是起支撑发动机重量的作用，其性能直接影响着整车操稳性、
其进行模态分析，获取其模态频率值及其阵型。
2 有限元分析基本思想
有限元分析的基本思想[1,2]为：将连续的结构离散成有限
平顺性以及安全性。悬置系统主要具有支撑作用、减振作用 多个节点和单元，并且在每一个单元中设定有限个阶段，将
Ultimate Strength and Modal Analysis of Engine Mounting System
大型Z字钢结构的动力台架试验与模态分析
大型Z字钢结构的动力台架试验与模态分析动力台架试验与模态分析是一种广泛应用于大型结构体的工程实验方法，它可以通过对结构体加以动力荷载，观测和分析结构体对该荷载的响应，从而对于结构体的振动特性和动态性能进行评估和分析。
本文将重点介绍大型Z字钢结构的动力台架试验与模态分析。
大型Z字钢结构作为一种常用的工程结构体，广泛应用于工业厂房、桥梁和塔架等领域。
为了确保大型Z字钢结构的安全性和稳定性，对其进行动力台架试验与模态分析变得非常重要。
在进行大型Z字钢结构的动力台架试验时，首先需要选取合适的试验设备和仪器，并进行系统的校准。
试验设备应具备足够的载荷能力，能够模拟实际工况的荷载条件。
同时，应选择合适的传感器和数据采集系统，以确保对结构体响应的准确测量和数据记录。
在实施动力台架试验过程中，需要注意以下几个关键点。
首先，应确保试验荷载的合理施加，包括荷载的大小、方向和施加载荷的方式。
其次，应注意试验过程中的安全防护，避免意外发生。
同时，应合理安排试验时间和频率，以保证试验的全面性和有效性。
试验完成后，需要对所获得的数据进行处理和分析。
首先，应对振动响应数据进行滤波和去噪处理，以去除干扰信号和提取有效信息。
然后，可以采用频域分析方法，如傅里叶变换或小波变换，对结构体的频率特性进行分析。
此外，还可以利用模态分析方法，通过对结构体的振动模态进行分解和分析，得出结构体的振动模态参数。
模态分析是动力台架试验的重要内容之一，可以得出结构体的固有频率、阻尼比、振型形态等参数。
这些参数能够为结构体的设计和改进提供重要参考。
通过对结构体的模态分析，可以发现结构体的固有振动模态，并进行模态相容性分析，从而评估结构体的稳定性和可靠性。
对于大型Z字钢结构的动力台架试验与模态分析，还需要考虑结构体的材料特性和几何形状。
首先，应选择适当的材料以满足结构体的力学性能要求。
其次，在进行模态分析时，应考虑结构体的几何形状对振动特性的影响，如截面大小和形状等。
发动机悬置系统的固有特性与模态解耦分析
AUTO PARTS | 汽车零部件随着现代社会的不断进步和汽车技术的不断发展，汽车乘坐的舒适性受到了广泛关注。
汽车制造企业在生产设计汽车时，往往在汽车NVH方面投入了大量资金和人力，汽车发动机产生的噪音和振动直接影响了汽车的NVH性能[1]。
提高发动机悬置系统隔振性能是汽车制造相关人员的一个重要课题，而悬置系统的固有特性与模态解耦是影响悬置系统隔振性能的重要因素之一。
1 发动机悬置的作用与分类发动机悬置就是连接发动机和汽车车身的装置，如图1所示。
主要作用有限位功能、支承功能和降噪隔振功能。
随着汽车工业的不断发展，发动机悬置的种类也多了起来，主要有橡胶悬置、液压悬置和空气悬置。
图1 发动机悬置朱锋上海科创职业技术学院 上海市 201620摘 要：随着汽车隔振技术的发展，人们对汽车乘坐舒适性有了更高的要求，各个汽车生产商也在逐渐增加这方面的投入。
科学地设计动力总成的悬置系统，能有效降低车身和发动机的振动，在提升整车NVH性能的同时也给车内人员带来更舒适的体验。
在悬置系统设计过程中悬置的固有特性和模态解耦是悬置系统设计的主要参数之一。
本文对系统固有特性和模态解耦进行分析，为悬置系统隔振设计提供参考与帮助。
关键词：发动机悬置 固有特性 模态解耦Analysis of Intrinsic Characteristics and Modal Decoupling of Engine Mount SystemsZhu FengAbstract： W ith the development of automobile vibration isolation technology, people have higher requirements for car riding comfort, and various automobile manufacturers are gradually increasing their investment in this area. The scientific design of the powertrain suspension system can effectively reduce the vibration of the body and engine, improve the NVH performance of the whole vehicle, and bring a more comfortable experience to the people in the car. In the process of suspension system design, the intrinsic characteristics and modal decoupling of suspension are one of the main parameters of suspension system design. In this paper, the intrinsic characteristics and modal decoupling of the system are analyzed, and the design of vibration isolation of the suspension system is provided as a reference and help.Key words： E ngine Mounting, Intrinsic Characteristics, Modal Decoupling发动机悬置系统的固有特性与模态解耦分析2 悬置系统固有特性分析2.1 悬置系统六自由度模型分析汽车动力总成的振动是一个复杂的振动系统，为了更好地分析该系统的振动特性，我们假设汽车发动机和变速箱组成的动力总成和车身都为刚体，把橡胶悬置元件视为三向正交的弹性元件，从而建立动力总成悬置系统的六自由度振动方程。
基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断
基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断航空发动机是飞机的心脏，其结构健康状况直接关系到飞机的安全性和可靠性。
随着飞机使用年限的增加，发动机结构损伤诊断的需求变得愈发迫切。
基于模态分析的发动机结构损伤诊断技术因为其高效、精准的特点受到了广泛关注。
本文将介绍基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断的原理、方法和应用。
一、背景航空发动机由于长时间运行在高温、高压等恶劣环境下，极易出现疲劳、裂纹等结构损伤。
这些损伤如果未能及时诊断和修复，可能导致发动机故障，严重影响飞机的安全性。
发动机结构损伤诊断一直是航空领域研究的重要课题之一。
模态分析是一种用来研究结构振动特性的方法，通过对结构振动模态的分析，可以获取结构的固有频率、振型和模态阻尼等信息。
这些信息对于判断结构的健康状况具有重要意义。
基于模态分析的结构损伤诊断技术正是利用了这一原理，通过对损伤结构的振动模态进行分析，可以有效地检测和定位结构的损伤。
二、原理具体来说，当结构发生损伤时，损伤处的刚度、质量等特性会发生变化，从而影响了结构的振动特性。
这种影响包括两个方面：一是损伤会导致结构的固有频率发生变化，即原来的振动模态将发生偏移；二是损伤还会改变结构的振动模态形态，即原有的振型将发生变化。
通过对结构的振动模态进行分析，就可以检测出结构的损伤状态。
三、方法1. 数据采集：首先需要获取发动机结构的振动数据，一般采用加速度传感器或者应变传感器进行数据采集。
通过对结构进行激励激振，再对结构的响应信号进行采集，可以得到结构的振动模态信息。
2. 振动模态分析：将采集到的振动数据进行处理和分析，得到结构的固有频率、振型等信息。
这一步通常采用有限元分析方法进行处理，得到结构的振动特性。
3. 损伤诊断：通过对结构的振动模态进行分析，检测出结构的损伤状态。
一般可以采用模态参数比较法、模态形态变化法等方法进行损伤诊断。
4. 损伤定位：在检测出结构存在损伤的情况下，需要对损伤的位置和大小进行定位。
机车车体钢结构动态性能的模态试验方法及应用
机车车体钢结构动态性能的模态试验方法及应用陈晓，于琼蔚（株洲电力机车有限公司湖南株洲 412001）摘要：文章主要介绍了一种比较常用的模态试验方法和某型电力机车车体钢结构模态试验。
通过模态试验分析了机车结构模态特性对结构动态性能的影响。
关键词：模态试验；车体；钢结构；动力学Modal test method and application ofLocomotive car body steel structure dynamic characteristicCHEN Xiao, YU Qiong-wei(Zhuzhou Electric Locomotive Works,Zhuzhou ，Hunan 412001 ) Abstract: With common modal test method of structure, a modal test is carried out in some locomotive car body steel structure, Analyzed is the effect which the modal characteristic of the structure and its conjunction-part to the structure dynamic characteristic according to the test..Key words: modal test, car body, steel-structure, dynamics1.引言在机车车辆运行的过程中，车体要受到来自轨道线路和内部设备的激励而产生振动。
随着机车速度的提高，会产生更多激励（或激励频率范围更宽）。
当某些结构设计不合理，就会产生弯曲、扭转共振，从而使车体结构产生严重的弯曲、扭转等变形，最后造成局部结构疲劳破坏（比如SS4改型机车车体底架变压器梁的纵横梁联结处产生裂纹以及其空气压缩机座产生裂纹等）。
基于ANSYSWorkbench的4G1发动机支架模态分析
图２ 钢 筋 混 凝 土 地 梁 制 作
图３ 分 束 穿 锚 安 装 夹 片
ｃＭ ｕｌ Ｔ Ｎ ＡＩｆＩ Ｔｌ ｏ＇ｏ １ｌ ｛ ） 。 Ｎ 茂ｌ ＳＴＮＡＤ ｌＩ ｌ２ ８ｓ＿№ １ ｅ ｏ Ｓ ｛Ｒ ２ ｏＩ ９ ０ （ｓＥ ８ Ｄ＝ Ａ ｌ … ＝ ． １
维普资讯 ０８ 期（ ８ 期）
汔 车 与 船 舶
Ａ Ｙ ｏ ｋ ｅ ｃ １ ４ 发 动相 ＮＳ ＳＷ ｒ ｂ ｎ ｈ］ Ｇ１ ￣
支 架模 态 分析
艾 曦锋 ， 巴兴 强 ，王 冰
（ 北 林 业 大 学 交 通 学 院 ．黑 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ４ ） 东 ５０ ０
摘 要 ：运 用Ｕ 对 支 架进 行 三 维 建模 ，通 过 Ａ Ｓ ＳＷｏｋ ｅ ｃ Ｇ Ｎ Ｙ ｒｂ ｎ ｈ软 件 对４ 发动 机 支 架结 构 进 行 模 态分 析 ，从 而 求 解 出支 架 ＧＩ 结 构 的模 态参 数 ，并 得 到 支 架 的 固有 频 率和 振 型 特 征 ，可 为进 一 步研 究整 车振 动 、疲 劳奠 定 基 础 ，也 为 支 架结 构 的 优 化 设 计 提 供 参 考依 据 。
ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｐｉ ａｉ ｅ ｉ ｎ ｍｉ ｏ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｈ； ｅ ｉ ｅ ｒ ｃ ｅ ；ｍｏ ａ ａ ｌ ｓｓ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎｃ ｎｇｎ ｂ ａ ｋ ｔ ｄ ｌ ｎａｙ ｉ
二 次注浆 完成 后 ，进行 地 梁施工 。根 据锚 索 轴
线 ，放 样 确定 开 挖线 ，开 挖检 验后 ，铺 垫２ ｍ厚 的 ｃ
Ｍ３ 砂浆 调 平层 ，绑 扎钢 筋 骨架 ，锚 索 与箍 筋 干 扰 ０ 时 ，局部 调整 箍筋 位置 。安装 锚 索 的锚 垫 板 、螺旋 筋 、模板 ，检 验合 格后 进行 混凝 土浇 筑 。按设 计 地 梁单 元 ，总体 安排 钢筋 骨架 和模 板制作 ，各单 元 地
基于UG的发动机支架模态分析
２１ ０ １年 ２月
江
西
科
学
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ １２ ．１
ＪＡ Ｉ ＮＧＸＩ Ｓ Ｉ ＮＣ ＣＥ Ｅ
Ｆｅ ２ ｂ． ０１１
文章编号 ：０ １ ３ ７ （０ １ ０ — ０ ６—０ １０ — ６ ９ ２ １ ） １ ０ ６ ４
基于 Ｕ Ｇ的发 动 机支架 模态 分 析
０ 引 言
随着 有限单元 法 的不 断发 展 ， 限元 法 成 为 有
一
同时 ， 由于模 态分 析 技术 是 现代 机 械产 品动 态设 计 和分析 的基础 ， 系统结 构 动态 特 性分 析 是 的强有力 工具 。为使 所 设 计 的零 部 件 满 足 Ｎ Ｈ Ｖ （ ｏ ｅ噪音 、ｉｒｔｎ振 动 、 ａｓｎｓ， 振粗 糙 Ｎｉ ， ｓ Ｖｂａｉ ， ｏ Ｈ ｒ ｅｓ声 ｈ
ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｔ ｅｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅｂ ｌ ｉ ｇ ｏ ｅ ｆ ｉｅｅ ｅ ｎ ｄ ｌａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ， ｄ ｔ ｅｂａ ｉ ｄ ｌ ａｙ ｉ ｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｔ ｕｉ ｎ ｆｔ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｒ ｉｃ ｓｅ ａ ｓｃｍｏ ａ ｈ ｄ ｈ ｉ ｎ ｈ
靖 娟
（ 江西蓝天学院 ， 江西 南 昌 ３０ ９ ） ３ ０８
摘要 ： 发动机 支架的 固有模 态频率的大小 ， 决定共振现象的发生与否。为避免产生不必要 的噪声 ， 用模态分 应
析技术对 系统结构动 态特性进行 分析 。论述 了模态分析 的理论与有限元模 型建立过程， 及运用 Ｕ Ｇ软件 的相 关模块对发 动机 支架进行模态分析 的方法， 对发 动机 支架模 态进行 分析研 究。结果表 明： 发动机 支架有 着较
高固有模态频率， 能够满足 Ｎ Ｈ方面的性能要求 ， Ｖ 可避免共振现 象的产生。 关键词 ： 发动机 支架 ； Ｇ； Ｕ 模态分析 ； Ｖ ＮＨ
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化作者：王云鹏肖伟田肖庆曾超罗少敏贾赟来源：《计算机辅助工程》2020年第04期摘要：針对某型航空发动机支架零件侧面根部经常出现疲劳裂纹的问题，基于功率谱密度（power spectral density， PSD）通过谐响应分析推导疲劳损伤传递函数，使用ANSYS Workbench搭建振动疲劳分析流程，结合模态信息使用Dirlik方法在nCode DesignLife中进行疲劳求解。
仿真结果表明，该支架零件侧面根部的疲劳裂纹主要是由倒角半径过小导致的。
发动机工作时可与支架零件产生2个共振带，虽然增大倒角半径有利于避开支架零件的2阶共振带，但是降低支架零件根部应力集中水平才是提高零件使用寿命的直接方法。
当零件侧面根部倒角半径增大为2.5 mm时，支架零件的使用寿命最大。
若配合零件背面根部倒角尺寸进行优化设计，可进一步提高零件的使用寿命。
关键词：航空发动机; 支架; 振动; 疲劳; 功率谱密度; 谐响应; 有限元中图分类号： V233; TB115.1文献标志码： BVibration fatigue and structural optimization of aeroengine support partWANG Yunpeng1， XIAO Wei1， TIAN Xiaoqing1， ZENG Chao2， LUO Shaomin2， JIA Yun2（1. Technical Department， AVIC Guizhou Aero Engine Maintenance Co.， Ltd.， Zunyi 563114， Guizhou， China;2. School of Aerospace Engineering， Guizhou Institute of Technology， Guiyang 550003，China）Abstract：As to the frequent fatigue cracks on the side root of an aeroengine support part， the fatigue damage transfer function is derived by harmonic response analysis based on power spectral density （PSD）. ANSYS Workbench is used to simulate the vibration fatigue analysis process， and Dirlik method is used to solve fatigue in nCode DesignLife combining with modal information. The simulation results show that the fatigue cracks at the side root of the support part are mainly caused by the too small chamfer radius. During engine operation， two resonance bands appear on the support part. Although increasing the chamfer radius is beneficial to avoid the second order resonance band of the support part， but the direct way to improve the service life is reducing the stress concentration level at the root of the support part. While the side root chamfer radius increased to 2.5 mm， the service life of the support part is the maximum. While the chamfer size of the back part is optimized，the service life can be further improved.Key words：aeroengine; support part; vibration; fatigue; power spectral density; harmonic response; finite element0 引言疲劳破坏理论自19世纪40年代被提出以来一直广受关注。
基于发动机悬置支架设计及模态、动刚度、强度分析方法
qiyekejiyufazhan【摘要】随着我国汽车行业与计算机技术的发展，CAE 系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于汽车零部件建模的CAE 系统应运而生。
AltairHyperMesh 软件是一种高性能有限单元前后处理器，让工程师在平凡交互及可视化的环境下验证各种设计条件。
Al-tairHyperMesh 可以支持直接输入CAD 几何模型和已有的有限元模型，减少重复性的工作。
它先进的后处理工具保证形象地表现复杂的仿真结果。
文章结合CN100V 车型悬置支架分析案例对模态、动刚度、强度进行介绍，为悬置支架设计问题提供借鉴与帮助。
【关键词】CAE 有限元分析；AltairHypermesh 分析；发动机悬置支架【中图分类号】U464.13【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）11-0033-03当前，中国汽车市场发展迅速与计算机应用技术的迅速发展有着密切的关联，在车身零部件的设计与开发中，一些计算设计辅助软件起到了非常大的作用。
随着计算机应用技术的普及，CAE 系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE 系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，例如UG 、CAD 、AltairHyper-mesh 等。
文章结合CN100V 车型的一些零部件的设计布置与分析，我们总结出了一些方式和经验：①悬置支架设计位置布置；②模态分析方法；③动刚度分析方法与结果；④强度分析方法与结果。
1悬置支架设计位置布置悬置位置及数量的选择：根据动力总成的安装方式、用途、质量、长度和机舱空间等决定。
悬置系统可以有三、四点悬置，大多在汽车上使用三点和四点悬置系统。
在发动机振动过大时，如果悬置点的数量过多，当车身地盘架变形后，有的悬置点会有错位现象，会对悬置支架或发动机负载过大而造车损坏。
三点模式的悬置与车身地盘架的适应性最佳，因为三点模式决定了一个平面，不受车身地盘架变形的影响，并且本身频率低，对抗扭转振动的效果比较优秀（如图1所示）。
基于Rhino的发动机底盘机架有限元模态分析
［收稿日期］2020-05-06 ［作者简介］吴正琴（1974-），女，福建邵武人，漳州职业技术学院汽车工程学院讲师，硕士；研究方向：汽车运用工程 .
第9期
吴正琴：基于 Rhino 的发动机底盘机架有限元模态分析
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1. 横梁；2. 横梁；3. 横梁；4. 横梁；5. 横梁；6. 纵梁；7. 纵梁；8. 纵梁；9. 纵梁；10. 纵梁；11. 连接梁
摘要：由于发动机在正常运行时带有振动与噪声，为避免发生共振现象，利用 Rhino 软件对联合收割机的发动机垫
盘机架构建模型进行有限元模态化分析 . 利用构建的模型计算出发动机底盘机架相应的模态频率与振动类型，通
过对底盘机架的模态化测试，以检验理论基础分析的准确性 . 在深入分析发动机外部激振频率特性的基础上，为保
证发动机底盘机架特有的频率不包含外部激振频率，针对底盘机架架构进行优化 . 最后，通过实验结果表明：在发
动机底盘质量增加 3.78kg 的情况下，底盘机架的四阶模态频率变为 21.71 Hz、36.62 Hz、43.65 Hz 和 46.29 Hz，能
基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断
基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断航空发动机是飞机的重要组成部分，对其结构损伤的准确诊断是确保飞机飞行安全的关键。
模态分析是航空发动机结构损伤诊断的一种有效方法，可以通过分析发动机的振动特征来判断结构损伤的位置和程度。
本文将介绍基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断的原理、方法和应用。
一、基本原理航空发动机的结构损伤会导致其振动特征发生变化，通过分析振动信号可以判断结构损伤的位置和程度。
模态分析是一种可以提取结构动态特性的方法，通过测量和处理振动信号，可以得到结构的模态参数，包括固有频率、振型和阻尼比等。
当结构发生损伤时，这些模态参数会发生变化，可以通过比较不同状态下的模态参数来判断结构是否存在损伤。
二、方法步骤1. 数据采集：首先需要在正常状态下采集航空发动机的振动信号。
可以使用加速度计等传感器测量振动信号，然后将信号转化为数字信号进行存储和处理。
2. 信号预处理：对采集的振动信号进行预处理，包括去除噪声、滤波和降采样等操作，以提高信号的质量和准确性。
3. 模态提取：通过对振动信号进行模态分析，提取航空发动机的模态参数。
常用的模态分析方法包括主成分分析（PCA）、奇异值分解（SVD）和正交分解（POD）等。
4. 模态特征比较：将正常状态下的模态参数与损伤状态下的模态参数进行比较，判断结构是否存在损伤。
常用的比较方法包括计算模态参数之间的差异度或相似度。
5. 引入损伤标志：根据模态参数的差异度或相似度，可以确定一些特征值作为损伤标志。
这些损伤标志可以反映结构损伤的位置和程度，为后续的结构健康管理提供依据。
三、应用场景基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断可以在飞行中或维修中应用。
在飞行中，通过监测发动机的振动特征可以实时判断结构是否存在损伤，及时采取措施保证飞行安全。
在维修中，可以对受损的发动机进行诊断，判断损伤位置和程度，为维修工作提供指导。
四、研究进展基于模态分析的航空发动机结构损伤诊断是一个研究热点，已经有很多相关研究成果。
某新能源汽车前舱托架模态分析
某新能源汽车前舱托架模态分析吴成平;许美星;张根志;唐玉福【摘要】结构模态是影响结构动态特性的主要因素.利用LMS对某新能源前舱托架进行模态试验,获得其试验模态;然后通过HyperMesh和OptiStruct有限元软件获得其计算模态.结果表明:试验模态和计算模态获得的频率最大相对误差为5.84％,其模态频率和振型均有效且吻合良好,为工程应用、结构动态设计提供参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】5页(P23-27)【关键词】前舱托架;有限元分析;模态分析【作者】吴成平;许美星;张根志;唐玉福【作者单位】北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心,北京101400;北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心,北京101400;北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心,北京101400;北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心,北京101400【正文语种】中文【中图分类】U469.7在某车型新能源汽车上，前舱托架布置于前舱内，是小蓄电池、DC、控制器及充电器等件的安装基体(如图1所示)，起着重要的支承和固定作用。
所以，前舱托架的刚度、强度及动力性能对整车的平顺性和安全性都有着很大的影响[1]。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和振型[2]。
模态分析为产品结构设计及其性能评估提供了一个强有力的工具，其可靠的分析结果能为产品性能评估提供一个极为有效的标准，而围绕其结果进行的动态设计方法使模态分析成为结构设计的重要基础。
模态分析分为试验模态分析和计算模态分析，即通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得的模态参数则称为试验模态分析，而通过有限元计算方法取得的分析结果为计算模态。
模态分析已在结构性能评估和动态设计中成为近年来工程界的基本方法，有极为广泛的研究领域。
首先针对前舱托架开展了试验模态分析，得出其动态特性。
然后，通过对前舱托架模型进行有限元计算模态分析，得出结构的动态性能：一方面可以相互验证试验与仿真结果的准确性；另一方面，为后续进一步的有限元分析、动态结构设计及轻量化可行性分析奠定了基础。
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模态分析在发动机托架中的应用
1 概述
由于发动机托架属于底盘的重要组成件，它对车辆的机动灵活性和操纵稳定性有直接影响，因此对发动机托架的设计提出了较高的要求，其中最基本同时也是最重要的属性要求是动刚度性能，必须进行相关的模态分析。
通过模态分析不仅可以全面了解结构的动刚度性能，找到薄弱点或者产生刚度偏低的原因，并且可以通过与类似发动机托架的横向对比，找出结构上优缺点的共性，便于从根源上进行弱点分析并得出最优化设计方案。
作为Altair公司力作之HyperMesh，HyperView和OptiStruct，不仅具有强大的实体建模、曲面造型和虚拟装配等设计功能，进行有限元分析；更突出的是，有限元分析后续的优化分析简便快捷，可以在满足以上设计分析要求的情况下，尽量减轻质量，降低材料消耗和大幅缩短分析周期，实现设计分析的合理性和高效性。
2 有限元模型的建立
由于发动机托架的零部件与连接件比较多，现选择其主体部分（前、后、左、右托架）进行有限元分析。
基础车发动机托架类同，见图1、2所示。
图1 基础车发动机托架有限元模型图2 发动机托架有限元模型
2.1 网格划分
采用二维单元进行网格划分。
结点数和单元数见表1、2。
表1 发动机托架的结点数和单元数
表2 基础车发动机托架的结点数和单元数
2.2 材料与属性
为计算对比方便，所使用的材料参数统一如下：
弹性模量：210GPa
材料密度：7.85e3kg/m3
泊松比：0.3
长度单位为：mm
3 边界条件
发动机托架计算工况为0~70Hz的自由模态，基础车发动机托架与之保持一致。
4 计算结果
分析中自由模态频率开始于0Hz，必然出现6个刚体模态，但是刚体模态不是分析目标所在，因此在结果中舍去。
从下表可知，频率截止到70Hz是为了保证截止频率误差对分析结果的影响最小化，兼之分析目标需要，取前4阶模态进行分析。
详细结果见表3所示。
表3 发动机托架与基础车发动机托架前4阶自由模态结果
与基础车发动机托架相比，发动机托架不仅出现两次一阶扭转变形，并且在最关键的第一阶扭转频率（15.0Hz）之上低于基础车（16.9Hz），更加接近发动机本身的激振频率带上限，有发生共振的隐患；此外发动机托架全局模态27.0Hz比基础车相应一阶弯曲模态23.5Hz更加接近发动机怠速频率带，其NVH性能显然低于基础车，综上，发动机托架必须进行优化。
5 优化设计
5.1 结构对比分析
发动机托架之所以与基础车存在性能差距，与两者间结构的差异密切相关。
从结构对比分析入手，不仅有助于找出弱点位置，而且可以通过归纳总结出类似结构共同属性，有利于工程经验的积累。
后托架形状与曲率的变化必然影响结构动态刚度，因为后托架是一个比较大的件，相对于其他组件对刚度起更大的作用；前托架与基础车相比减弱明显，通过下图对比分析可以看出，基础车发动机托架的前悬位置是在受力方向（-Z向）以闭环形式与支撑件搭接，而研究的发动机托架是在于载荷方向垂直的方向上进行连接，并且属于敞口结构；左右托架的纵向延长也必然导致刚度下降，原因是左、右托架较之前、后托架无论是在结构上还是本身厚度上都偏弱，是刚度的一个明显弱点；此外，前覆盖件的形状改变对刚度也会产生影响，但具体是正面影响还是负面影响必须通过后续分析才能得出。
5.2 优化方向
总体上优化方向基于厚度、形状与连接方式三方面综合考虑，所涉及到的材料由于弹性模量与密度相差很小，因此不予考虑。
此外，轻量化始终是当代汽车设计的一个核心发展方向，本分析中减重将是高度关注的内容。
5.3 优化方案
基于上述优化方向，本分析一共设计了30种方案，由于篇幅所限，这里只选取有代表性的三种方案，见表5与图3、4所示，其中△m表示改进方案与原方案的质量差。
表4 三种代表性方案汇总
图3 方案1右托架与前、后托架连接处增加翻边与焊点示意图
图4 方案2左、右托架与前托架连接处延长并增加两个螺栓连接示意图
5.4 优化结果
优化结果：增强前、后托架与左、右托架的搭接对发动机托架动刚度影响明显，因为前述结构差异决定了刚度的大小，而单纯的加强前托架与左、右的连接对动刚度影响甚微。
具体见表6所示，其中△m表示改进方案与原方案的质量差。
表5 优化结果汇总
方案一对模态的影响很大，一阶扭转频率提高到27.2Hz，已经位于发动机怠速频率带之内；一阶弯曲达到34.5Hz，与车身等部件的自由模态频率存在耦合可能性，说明刚度的增加必须有一定限度，方案一不可取。
方案二与原方案的结果相近，同样不可取，原因是单纯增强前托架与左、右托架的连接并不能改善整体结构的刚度，或者说原结构的弱点不在这里。
方案三是在方案一的基础上减重，根据是方案一对左、右托架与原托架连接处加强过度，减小了其厚度，结果较之原方案有明显提高，同时一阶扭转频率23.9Hz避开怠速频率带，一阶弯曲频率32.9Hz相对于方案一要好，但是也存在耦合可能。
综上，方案三优于方案一和方案二。
6 结论
通过实例可以看出，模态分析在设计分析中具有重要意义，可以在保持原设计状态的前提下，找出薄弱点或对结构动刚度产生影响的原因，并且可以在满足设计要求的基础上持续改进，以达到轻量化的目的。
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