汽车发动机缸体结构

由于发动机缸体是大平面的板状结构，还存在少量的质量集中，本文在建立缸体有限元模型时用到的有限元单元类型有壳单元(大部分为四边形，为了满足结构特征，采用了少量三边形)、实体单元(六面体和五面体)。汽修学校：在薄壁和缸体上所有加筋的地方，采用了壳体单元，而在壁厚或者受力较大的地方，例如缸筒周围，采用了实体单元。这样一个复杂的结构，最后简化为由31707个单元和44162个节点所组成的有限元模型。

有限元模型在既有壳体单元，又有实体单元时，我们应考虑到它们的边界问题。因为壳体单元的节点具有六个自由度，而实体单元的节点只具有三个自由度。

而且壳体单元较实体单元要软的多，汽修学校：刚度远远不如实体单元。为了实现很好的刚度过渡，我们采用了无质量的虚拟单元。这种虚拟单元除了密度为零以外，其他参数根据构件的材料特性来定。

壳体单元和实体单元在采用虚拟单元相连时，有三种不同的连接形式，这些虚拟单元都是无质量的壳体单元，其参数给定，连接方式壳体单元在和壳体单元相连接时，节点自由度是相同的，但是并不意味着壳体单元之间能直接连接.直接连接会造成单元受力与实际结构受力不相符合，汽修学校：例如在壁与壁的连接处，尤其是不同壁厚的两壁交界处，壳体单元之间应采用虚拟单元连接。是发动机缸体的有限元模型，蓝色的是壳体单元，红色的是实体单元，灰白色的单元是虚拟单元.

由图可以看出缸体的单元网格划分的非常细，主要是因为缸体受力复杂，为了更好的掌握缸体具体部位的振动形态，使结果更精确。发动机的排气管一侧发动机的油底壳主要是储存机油并封闭曲轴箱。汽修学校：机油盘受力很小，一般采用薄钢板冲压而成。虽然油底壳受力不大，但它存在大面积的平面结构，刚度较低，振动剧烈，因而在这些地方最容易产生结构噪声。根据油底壳的结构特征，我们选择了壳体单元作为有限元模型的单元类型。

油底壳的有限元模型共有1849个单元和1$81个节点。其模型如图5所示。传统的发动机在缸体下部是曲轴箱，但由于下部呈开口箱形状，刚度差、振动剧烈、辐射噪声大，因此，近年来对曲轴箱的结构改进较大，汽修学校：例如采用龙门式或隧道式结构的曲轴箱。但是这些措施在降低噪声方面所起到的效果并不显著，根据国外发动机的设计经验，采用梯形框架可以大幅度的增加缸体、油底壳之间的刚度。

梯形框架是连接在缸体和油底壳之间的部件，它起到支撑曲轴、、封闭缸体下部的作用。由于梯形框架这种结构刚度较高，所以大大的增加了发动机缸体下部的刚度;由于梯形框架的使用，降低了油底壳的高度，汽修学校：使得油底壳的噪声辐射面变小，而且改善了油底壳的响应特性，大大降低油底壳的振动噪声。根据梯形框架结构特点和受力特性

我们采用了实体单元为主，夹带壳体单元的有限元单元类型，总共由5209个单元和8223个节点所组成。其模型如图6所示。在梯形框架的有限元模型中，

也采用了虚拟的有限元单元。