发动机汽缸体模态分析方法
发动机机体自由模态分析及试验验证
所分析的柴油机机体是一个铸造的箱体结构 ，
它 的结构 形状 和所 承 受 的载荷极 为 复杂 ，给 机体 的 有 限元建 模带 来 了很 大 的困难 。该机 体结 构 上分 布 有各 种加 强筋 、 凸台 、 承孔 、 套 和油道 孔 ， 轴 水 内有气 缸套 和各 种纵 、 隔板 ， 横 在建 立 机体有 限 元分 析模 型 时 ，不可 能全 部考 虑 这些 复杂 的 因素 ，只能 考 虑一 些起 主导 作用 的 因素来 建 立机 体 的计 算模 型 。本 次 分 析 时在 Ｐ Ｏ Ｅ 中进 行 详 细 三 维 建模 ，然 后 用 前 Ｒ ／ 处 理软件 ｈ ｐ ｒ ｓ ｙ ｅｍｅｈ对模 型进 行 网格划 分 。
（ 海柴 油机股份 有 限公 司 ，上 海 ２０３ 上 ０４８）
摘要 利 用 Ｐｏ Ｅ软 件 对 ６缸 柴油机 机 体 建 立 三 维模 型 ，然后 再 用 Ａ ａｕ 对机 体 进 行 自由 ｒ／ ｂｑｓ
模 态 的分析 ，得 出了前 ２ 固有频 率和 振 型 。通 过 试 验 手段 对机 体 的 自由模 态进 行 了测 量 。 最 ２阶
终将 Ｆ Ａ 结果和 试验 结 果对 比表 明 ，两者具 有较 好 的吻合 性 。 Ｅ
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｔ ｅ ３ ｍ ｏ ｅ ｆ ａ ｎ— ｉ ｅ ｓｘ— ｙ ｉ ｄ ｒ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｂ ｏ ｋ ｗａ ｓ ａ ｌ ｈ ｄ ｓ ｒ ｔ ｈ Ｄ ａ ｄ ｌｏ ｎ ｉ ｌ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｓ ｌ ｅ ｇ ｎ ｌ ｃ ｓ ｅ ｔ ｂ ｉ ｅ ｎ ｎ ｓ
ｓ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆＦ ｈ ｗｓ ｔ ｅ ｕ ｔ ｏ ＥＡ ｓ ｉ ａ ｏ ｒ ｎ ｇ ｏ ｇ ｅ ｍ ｅ ｔｗ ｔ ｏ ｅ ｏ ｅ ｔｎ ． ｈ ｓ ｅｔ ｍ ｔ ｎ ａ ｅ ｉ ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｎ ｈ ｔ ｓ ｆｔ ｓ ｉ ｇ ｉ ｉ ｈ
内燃机机体有限元模态分析
内燃机机体有限元模态分析杜发荣，姬芬竹，刘德海（河南科技大学，河南洛阳４７１０３９）关键词：内燃机；机体振动；模态分析；有限元法摘 要：以某卧式单缸柴油机为例，利用美国ＳＤＲＣ公司的Ｉ－Ｄｅａｓ软件的模态分析功能，在建立底部被约束的机体三维实体模型的基础上，对机体结构进行了约束模态的有限元分析。
得到了机体结构的前１０阶固有频率及相应振型，从中可看出机体各部分振动的大小，据此对机体结构提出了一些合理改进建议。
中图分类号：ＴＫ４２３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４３５７（２００３）０３－００４０－０３结构与减磨《柴油机・Diesel Engine 》2003年第3期－４０－１ 引 言 从噪声和振动的角度来看，内燃机是一个高度复杂的振动系统。
内燃机机体是发动机所有部件的安装基体，其振型对发动机性能影响尤为显著。
在一定激励力作用下，结构表面振动速度的大小及分布规律，主要取决于结构本身的振动特性及阻尼大小。
另一方面，机械噪声是通过结构振动引起的空气振动而向外辐射的，发动机本体辐射出的噪声，大部分都是由发动机外表面振动产生的。
机体的表面积大，而且受到气缸内燃烧压力和惯性力的直接激励，所以抑制机体壁的振动对于降低发动机的噪声极为有效［１］。
利用现代设计理论和方法，在产品设计阶段对内燃机机体进行模态分析，以达到控制内燃机机体的振动、降低噪声已成为内燃机理论的一个重要发展方向。
从２０世纪８０年代起至今，为了达到使内燃机减振、降噪、轻量化和高效率的目的，国内外许多研究人员在内燃机机体动力学分析与研究方面已经做了大量的工作。
但以往的研究工作大多是将机体简化为板－梁组合结构，而较少采用实体模型。
随着计算机和数据处理技术的发展，对内燃机机体实The Model Analysis of Engine Block Using Finite Element MethodDU Fa-rong, JI Fen-zhu, LIU De-haiKeywords : Diesel engine, Block vibration, Model analysis, Finite element methodAbstract : The three dimensional model of a single cylinder diesel engine block with constraint at the bottom is established with the I-Deas software of American SDRC company, and the model analysis of the engine block is carried out using finite element method in the case of constrained model. The inherent frequencies and model shape of the first 10 order modes are obtained respectively. The results show the cases of vibration in every party, and some modifying suggestions to the block are also provided.收稿日期：２００２－１２－０９体模型进行模态分析成为可能。
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。
某活塞发动机机体组合结构模态分析
M oda l ana lysis on eng ine block com b ina tion structure of a p iston eng ine L I Zhong2jie, WANG Shu2zong, L IAN Yong2qing
代入方程 :
( K - w2M )Φ = 0,
(3)
可解得其对应的各阶振型 ;
当固有频率 w i 为特征方程 ( 2) 的单根时 ,将其 代入特征矩阵 :
B = K - w2M ,
(4)
求得该特征矩阵的伴随矩阵 :
C = K - w2i M ,
(5)
则该伴随矩阵的任一非零列向量即为固有频率 w i 所
本刊将开办“学术讨论 ”专栏 ,现广泛征集讨论主题和稿件 。欢迎从事舰船科学技术的研究 、设计人员将你们工作中遇到的 问题 、难题以及设想和希望探讨的内容 ,整理成文发给我们 ,我们将请专家审定后发布在本刊上 ,广泛开展讨论 ,并将不同见解 刊出 ,供大家参考 。来稿请注明“学术讨论专栏收 ”。
近期推荐的讨论内容是 :多体船型用于驱护舰等水面舰艇的优越性可行性 。 讨论内容背景 :目前驱护舰基本上均采用单体船型 。排水船型水阻力大是其固有缺陷 ,高速航行时 ,兴波阻力最为显著 ,小 水线面双体船和穿浪双体船极大地克服了兴波阻力 ,为排水型大中型舰船提高航速开辟了新途径 。多体船型具有横向宽度大 , 适航性好 ;甲板宽大 ;可保护重要舱室 ,生存能力较强 ;减小兴波阻力 ,有利于航速提高等优点 。但多体船型亦带来干舷高 ,侧向 受风面积大 ,操纵性较差 ;结构复杂 ;船体重量增大等缺点 。 目前 ,在国内外 ,小水线面双体船和穿浪双体船用于民船 ,取得良好效果的实例已不少 。702所设计的小水线面双体船海关监 管船 2001年已交付使用 ,性能良好 ; 1 500 t的水声试验船和 2 500 t的科学考察船已完成设计 。701所设计的穿浪双体船“海峡 ”号 已交付使用 ,性能良好 。但目前真正用于军用水面舰艇的还是单体船 ,小水线面双体船和穿浪双体船型在军用领域还只是处于科 学试验阶段 。英国已在 2000年建成三体演示舰“海神 ”号 ,并于 2003年提出快速灵活五体护卫舰探索方案 。1983年由澳大利亚与 美国合作建成高速穿浪型运输舰 HSV 2X1 (穿浪双体船 ) ,排水量 815 t,航速 42节 ,设有直升机平台 。《200022035年美国海军技术 》 提出 ,穿浪船型和小水线面双体船的发展和应用 ,是水面舰艇船型的重大改进 。 驱护舰等水面舰艇采用多体船型是新生事物 ,要使其真正适合作战使用 ,还需要解决有关舰船总体性能 ,布置 、结构 、施工工艺 、 操作使用等方面的一系列问题 。为此 ,我们期待着舰船研究 、设计 、制造 、使用部门的科技人员能对多体船型用于驱护舰等水面舰艇 在性能 、布置 、结构 、施工工艺 、操作使用等方面的优越性和可行性进行探讨 ;也期待着科技人员能介绍小水线面双体船和穿浪双体 船用于民船已取得的设计 、建造 、使用经验 ,为我国驱护舰等水面舰艇采用新船型奠定理论基础 。 [ 07001 ]
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
维普资讯
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
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计
利用有限元分析方法研究汽车发动机缸体的刚度优化设计随着汽车科技的不断发展，汽车发动机的性能和效率得到了极大的提升。
作为发动机的核心部件，缸体的刚度优化设计对于提高发动机的工作效率和可靠性至关重要。
本文将利用有限元分析方法来研究汽车发动机缸体的刚度优化设计。
首先，有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以对结构在不同工况下的力学特性进行模拟和分析。
通过建立一个合适的有限元模型，可以准确地预测缸体在不同受力情况下的应力分布和变形情况。
在进行有限元分析前，需要对缸体的几何形状进行建模。
将缸体分为多个单元，每个单元都具有自己的材料性能和几何形状。
然后，通过在每个单元上应用适当的力和边界条件，可以模拟实际工况下的受力情况。
有限元分析的第一步是对缸体进行网格划分。
合适的网格划分对于结果的准确性和计算效率具有重要影响。
较为典型的划分方法包括四边形单元和六面形单元。
这些单元的尺寸和形状需要根据具体情况进行选择，以保证模拟结果的准确性。
在模拟过程中，我们考虑不同的工况，例如发动机在启动、加速和高速行驶等运行状态下的受力情况。
通过对这些工况下缸体的有限元分析，可以获得缸体的应力和变形情况。
在分析结果的基础上，我们可以对缸体的结构进行优化设计。
例如，在关键应力集中区域加强材料或改变缸体的几何形状，以提高其刚度和强度。
同时，优化设计还需考虑到缸体的质量和成本，以实现一个最佳的设计方案。
通过有限元分析方法进行缸体的刚度优化设计可以带来诸多好处。
首先，准确的应力和变形分析可以帮助工程师更好地理解缸体在不同受力情况下的性能。
其次，优化设计可以提高缸体的刚度和强度，从而提高整个发动机的工作效率和可靠性。
总结而言，利用有限元分析方法进行汽车发动机缸体的刚度优化设计是一种有效的手段。
通过建立合适的有限元模型和进行准确的应力和变形分析，可以实现缸体设计方案的优化。
这种方法为提高汽车发动机的性能和可靠性提供了一种有效的工具。
前机舱盖模态试验方法
前机舱盖模态试验方法1. 概述1.1 分析目的模态分析亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
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。
模态参数可以由计算或实验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
模态分析的最终目的是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
此次前机舱盖模态分析应用可归纳为：●获得前机舱盖结构的固有频率，避免共振现象的发生。
●应用模态叠加法求结构响应，确定动强度和疲劳寿命。
●振动与噪声控制。
●有限元模型修正与确认。
1.2 使用软件说明ANSYS Mechanical是利用ANSYS的求解器进行结构和热分析的。
其可进行结构、动态特性、热传递、磁场及形状优化的有限元分析。
1.3 相关力学理论模态分析的经典定义是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，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，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态模型。
2. 前处理2.1 定义材料建立几何模型后，进入Engineering Data界面，选择复合材料库中的碳纤维作为前机舱盖分析的材料。
并在mechanical中赋予几何材料属性。
2.2 划分网格方法建立有限元模型。
选中mesh并使用sizing命令为网格划分添加尺寸控制，完成网格划分。
采用ANSYS默认的网格划分方法，即自动网格划分方法，其适用于复杂实体。
2.2 求解在装配图中前机舱盖与整车连接处施加fixed support固定约束。
3. 分析结果与讨论自由－自由模态（不加任何约束和载荷）分析对于有限元模型的修正帮助很大，可以通过其与实验数值的比较验证仿真结果的可信度。
同时无阻尼线性系统的一般运动都可以表达为各阶固有振型的线性组合。
对应于较低频率的固有振型，对结构的动力影响大于高阶振型，也就是说，低阶成分的能量比较大；而且求解系统的高阶特征值，势必花费更多的计算机资源。
基于ANSYS的发动机缸体综合分析
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3）添加材料属性，膨胀系数
（4）删除原分析的热分析边界条件， 施加新的边界条件 （5）求解计算
（6）结果后处理，获得所需结果的显 示形式
所需要增加的材料参数：线膨胀系数 Thermal Expansio ALPX 分析目的：获得热变形量以及热应变应 力值
15
结构变形
最大变形为1.2mm，出现在缸桶两端薄壁 位置
2.增大散热通道的面积
源于：CAE学术论坛
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等效应力云图
最大值为105Mp，出现在厚大的位置
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分析评价
（1.）由于柴油机缸体的刚度较 大所以静力分析中变形较小， 模态分析中低阶模态频率高， 保证不会出现怠速引起的更大 噪声和振动。 （2.）热分析中根据最大热应力 值出现位置和最大合位移变形 位置给予两点建议
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1.适当加厚钢桶嵌套厚度，减薄缸筒间的厚大连接部分
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节点热通量云图：
热通量（热流密度）的大小和方向可 以表征热量转移的程度和方向。
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热结构耦合分析
问题分析：利用间接法求得所需结果。
基本步骤：
（1）定义分析类型为结构分析Structure
（2）转换单元，把热分析单元变成结构单 元Element Type → Switch ElemType279 →186
基于ANSYS的某柴油发动机缸体 综合分析
一.概述
二.静力学分析
三.模态分析
四.瞬态热分析
五.热结构耦合分析
2
概述
各分析的必要性：
静力：柴油机爆发压力大，工作 粗暴，模拟上止点左右位置 模态：考虑低转速或怠速工况下 噪声，与振动。
四缸内燃机机体结构模态分析
文章编号:1000-0909(2002)01-0075-04200017四缸内燃机机体结构模态分析王义亮,谢友柏(西安交通大学润滑理论及轴承研究所,陕西西安710049) 摘要:以某直立四缸柴油机为例,用Pr o/Eng ineer软件在建立底部被约束的机体三维实体模型的基础上,对机体结构进行了约束模态的有限元分析,得出了机体结构的前20阶约束模态的固有频率及相应振型,并与机体自由模态分析结果进行了比较。
结果显示出了机体各部分结构振动的强弱分布以及抗振薄弱区,揭示了不同频率范围内机体结构振动模态的特点。
同时,分析结果表明:约束模态的固有频率及振型都与自由模态有显著的差别,因此考虑约束边界条件的机体模态分析对揭示机体结构的动力学特性是非常有必要的。
关键词:四缸内燃机;机体;模态分析中图分类号:T K423.1 文献标识码:A引言 从20世纪中期以来,为了达到使内燃机减振、降噪、质量轻、高效率等目的,国内外的有关研究人员在内燃机动力学分析与研究方面已经做了大量的工作。
但以往的研究工作大多局限于单缸内燃机,且机体模型往往都被简化为板-梁组合结构,而较少采用实体模型。
事实上,由于多缸内燃机的结构比单缸内燃机复杂得多,而且在其工作过程中受到的激振力很多,所以对其动力学行为进行深入、透彻的研究就显得尤为重要了。
此前,作者已对某四缸柴油机的机体做了在无约束情况下的结构模态分析,并取得了较为满意的结果[1]。
尽管相对而言,在无约束情况下的自由模态分析较为简单、方便,得到的分析结果在一定程度上也能反映出内燃机机体的结构动力学特性,但由于内燃机在实际工作过程中,机体并非处于完全自由状态,因此由自由模态分析所得到的结果与机体的实际结构动力学特性之间将不可避免地存在着差别。
而且在应用模态叠加法进行机体结构动力响应分析时,必须事先得到机体的约束模态。
因此,为了更加准确、深入地揭示多缸内燃机机体的结构动力学特性,以便为以后进行机体结构动力响应分析等进一步的研究工作提供更加充分的指导和依据,在此对同一四缸柴油机机体进行了有约束情况下的结构模态分析。
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。
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
发动机缸体检测..
常用汽车拆装量具、 专用检测设备 的 认识、读数及使用
千分尺（螺旋测微器）
千分尺（螺旋测微器）
• 作用：测外径、厚度等 • 组成：尺架、测砧、测微螺杆、微分筒、 固定尺、可动尺、锁紧装置、棘轮。 • 规格：0-25mm 25-50mm 50-75mm 75-100mm 100-125mm 125-150mm 等汽车常用规格。
作用：气缸体是发动机各个机构和系统的装配基
机体组---气缸套
3、气缸套—灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁等材料制成
气缸套有两种结构，即干式和湿式，如图所示。 干式气缸套不直接与冷却水接触，干式缸套是被压入缸体孔 中的，由于缸套自上而下都支撑在缸体上，所以可以加工得很 薄，壁厚一般为1-3mm。 湿式气缸套与冷却水直接接触，也是被压入缸体的。冷却水 接触到缸套的中部，由于它只在上部和下部有支撑，所以必须比 干式缸套厚一点，一般壁厚为5-9mm。为了保证径向定位，气缸 套外表面有两个凸出的圆环带，即上支承定位带和下支承密封带， 轴向定位利用上端凸缘实现。
（4）、练习1
它读数是 20.76 mm
练习2
读数是 0.24
mm
10分度（0.1mm）
3
4 cm 9 10cm
0
10
0
10
30.60mm 读数： ________
维修：视情况而定，如为裂纹，则可采取焊补，也可运用AB胶粘补。
此类维修只可针对情节较轻的。但是修补后不可保证长期的在恶劣工作 环境下再次出现故障，导致发生连锁损伤。因而最好建议更换总成。
缸盖裂纹的检查
B、变型损伤形成的原因：
之前对于破裂损伤形成的原因，在情况较轻时，都有可能导 致其变型。其中主要应为：受热不均与维修操作不当导致。
发动机缸体模态、刚度、温度分析
1.问题描述：对188MQ水冷缸体进行校核，考察是否满足设计要求.2.问题分析：主要是分析缸体的模态、温度场、热应力、热变形和刚度。
3.缸体分析过程：3.1自由模态计算分析建立有限元模型，采用3mm网格尺寸。
缸体材料属性：铝合金弹性模量取72000，泊松比取0.3，密度为2.7e-9T/mm3。
对1~12000Hz频率的模态进行计算。
自由模态计算结果前四阶模态2183Hz 2849Hz3062Hz 3344Hz4010Hz由上述可知缸套在特定的频率内无局部振型，缸套头部出现的振型在施加螺栓预紧力后可消除。
3.2温度场计算3.2.1边界条件缸体的热传导系数取163W/m*k，比热为900J/（kg0C）；水的热传导系数取1500W/m*k；机油温度400K，环境温度300K。
边界条件如下所示：在燃烧室位置施加2625.14°的一个周期气缸等效温度值，温度施加如下：3.2.2温度场计算结果缸体计算结果，最高温度485K由分析结果可知：温度场分布均匀，小于设计要求最高温度550K满足要求。
3.3热应力计算边界条件导入温度场的计算结果和对缸套顶部施加一个轴向和径向的约束，如下图所示; 计算结果由计算结果可知:缸套的热应力为164.4Mpa ，小于设计要求300Mpa。
3.4热变形计算由计算结果可知：左右11.8+10.3=22.1S,前后10.0+10.3=20.3S,变形差22.1-20.3=1.8S，缸套的径向热变形差小于4S。
满足设计要求。
3.5螺栓预紧力下刚度分析3.5.1密封性分析参考标准计算值结论缸体下端面>1Mpa 15.3Mpa 合格3.5.2缸套变形分析左右1.91-0.45=1.46S ,前后1.15-0.18=0.97S,变形差1.46-0.97=0.49S小于2S，满足要求。
3.5.3缸体侧压力分析缸体底面约束3个方向自由度，在活塞位置施加气缸体侧压力5200.2N。
水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析
水平对置四缸航空活塞发动机曲轴模态分析随着航空工业的发展，越来越多的新技术、新材料被应用于发动机制造过程中。
航空发动机作为飞机的“心脏”，发动机的性能和可靠性直接关系到飞机的运行安全性和经济性，因此对航空发动机进行模态分析也变得十分重要。
本文主要对水平对置四缸航空活塞发动机曲轴进行模态分析。
首先，对水平对置四缸航空活塞发动机进行简单介绍，然后介绍模态分析的基本概念和方法，最后对发动机曲轴进行模态分析。
水平对置四缸航空活塞发动机是一种小型航空发动机，适用于轻型飞机、直升机和无人机等领域。
该类型的发动机结构紧凑、重量轻、功率大、振动小、噪音低，是目前小型飞行器常用的动力系统之一。
二、模态分析基本概念和方法模态分析是一种研究机械结构振动特性的方法。
它可以计算机生成机械结构在振动过程中的固有频率和固有振型，从而对机械结构进行优化设计和工艺参数确定提供依据。
模态分析的基本思想是将结构振动问题转化为数学模型，然后通过数值计算的方法求解，得到机械结构的固有频率和振型。
常用的模态分析方法包括有限元方法、模态试验方法等。
水平对置四缸航空活塞发动机曲轴是发动机的重要组成部分之一，它的振动特性对发动机运行的安全性和经济性都有着很大的影响。
下面对曲轴进行模态分析。
1、建立数学模型首先，根据曲轴的实际尺寸和几何特征，建立曲轴的有限元模型。
在建模过程中要考虑到曲轴的空间约束和支撑情况，以确保模型的真实性。
建立模型后，可以对曲轴进行刚度和质量等特性参数计算，得到曲轴的频率响应曲线。
2、求解固有频率和振型在建立数学模型后，可以通过有限元计算和模态试验进行固有频率和振型的求解。
其中，有限元计算可以通过计算机软件的形式进行，模态试验则需要依靠相应设备进行实测和分析。
3、分析结果及优化设计通过对曲轴的模态分析，得到曲轴的固有频率和振型，可以对曲轴的结构进行调整或优化，以满足发动机的运行要求。
同时还可以预测曲轴的动态特性，提高发动机的性能和可靠性。
发动机缸盖模态分析方法研究
发动机缸盖模态分析方法研究Jin Jianhu;Ji Yongqiang;Jia Bingshuo【摘要】在发动机缸盖的设计研发过程中,对发动机缸盖结构进行模态分析,可以为发动机减振和降噪提供理论依据,验证该结构的可行性和可靠性,缩短产品研发周期.通过有限元模态分析与模态测试结果的对比,验证了有限元模态分析结果的合理性,找出缸盖振动的原因,为后面的结构优化以及振动噪声分析提供了依据,对发动机缸盖进行模态分析在现代汽车结构设计中具有十分重要的意义.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)023【总页数】2页(P162-163)【关键词】缸盖;有限元模态分析;试验模态分析【作者】Jin Jianhu;Ji Yongqiang;Jia Bingshuo【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U4671 发动机缸盖有限元模态分析1.1 缸盖有限元模型的建立1.1.1 三维软件建模根据该汽油机缸盖的实际形状与材料，采用三维设计软件CATIA建立发动机缸盖三维实体模型。
建立发动机缸盖模型后，在CATIA中选择一种金属渲染材料，然后设置其密度为2770kg/m3。
根据惯性测量，得到该发动机缸盖模型的测试质量为9.04kg，实际测量的缸盖该缸盖的质量为8.78kg误差为3.0%。
实际图中的螺栓在有限元中省略，因此受模型简化及材料均匀性的影响，质量存在一定的误差。
1.1.2 将模型导入ANSYS在CATIA建模后，将其保存为stp格式导入。
1.2 缸盖有限元模型网格划分ANSYS提供了3种网格划分的方法：自由网格划分、对应网格划分、对应网格及自由网格混合划分。
我们采用自动化分网格Automatic选项。
1.3 有限元模态分析结果前处理阶段完成建模后，再求解模块获得分析结果。
在模态分析计算之前，需要对模态最大阶数进行设置。
本课题研究缸盖前六阶模态较为合理。
然后进行Solution求解。
2 发动机缸盖实验模态分析2.1 试验模态测试系统在第二章通过有限元模态分析研究了缸盖的特性，为验证有限元模型分析结果的正确性，本章利用比利时 LMS Testlab振动噪声测试系统采用锤击法实现缸盖试验模态分析，试验方法采用锤击法。
基于ANSYS的发动机缸体模态分析
基于ANSYS的发动机缸体模态分析文章以某四缸发动机缸体为研究对象，采用ANSYS软件进行模态分析。
首先在UG软件中建立发动机缸体的三维实体简化模型；然后将发动机缸体的模型导入ANSYS软件中划分网格；最后采用自由模态方式进行分析，获得发动机缸体的各阶固有频率和振型，分析发动机工作时外在激励对缸体的影响，为发动机缸体的优化设计和动力学分析提供理论依据。
标签：发动机缸体；实体模型；有限元；模态分析；振型1 概述发动机缸体是构成发动机的基体，起着保证发动机的动能产生和动力输出的作用。
发动机工作过程中，缸体承受着气缸内混合气燃烧所产生的爆发力、活塞连杆往复运动惯性力等周期性的载荷，这些载荷形成周期性激励。
发动机缸体质量较大，振动时对整车的影响也较大。
为了防止周期性的激励引起发动机缸体的共振，需要获得其固有频率和振型，从而在设计时避开外在激励频率，因此有必要因此有必要分析发动机缸体的模态。
典型的无阻尼模态分析是经典的特征值求解问题[1]：式中，K-刚度矩阵；？啄i-第i阶模态的特征向量；Wi-第i阶模态的固有频率；M-质量矩阵。
发动机缸体为铸造的箱体类零件，其表面上分布着各种凸台、加强筋和轴承孔，内部有气缸套、水套、油道孔和一些纵、横隔板等，结构很复杂，无法用单一的数学模型进行模态分析。
随着计算机硬件和软件技术的发展，采用计算机进行有限元分析已经成为一种切实有效的方法。
ANSYS是一种通用工程有限元分析软件，广泛应用于汽车、机械、电子、航空航天等各种领域[2]。
虽然ANSYS软件具有强大的有限元分析功能，但其几何建模功能相对较弱，在ANSYS软件中对复杂的发动机缸体建模相当困难。
因此，本文先在三维建模软件Unigraphics（以下简称UG）中建立发动机缸体的三维实体模型，然后导入ANSYS中进行模态分析。
2 发动机缸体实体模型本文以某四缸柴油机缸体为研究对象。
建立有限元模型时，理论上应详细表达缸体结构特征以准确分析，但模型过于复杂会导致难以计算，因此有必要对缸体模型进行简化。
发动机汽缸体模态分析方法
东风汽车有限公司标准-DFLCT XXXX—2007发动机汽缸体模态分析方法东风汽车有限公司技术标准化委员会发布前言本标准是为了适应东风汽车公司新产品开发的要求，为东风载货汽车配置的发动机汽缸体制定的模态分析方法。
本标准主要特点如下：- - - - 本标准对文中使用的有关名称给出了术语和定义- - - -本标准提出了东风载货汽车配置的发动机汽缸体模态分析方法。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心提出。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心开发管理部法规认证科归口。
本标准起草单位：东风汽车有限公司商用车技术中心CAE室本标准主要起草人：DFLCT—XXXX—2007东风载货汽车发动机汽缸体模态分析方法1、范围1.1本标本标准规定了发动机汽缸体模态有限元分析方法。
本标准适用于东风载货汽车上配置的发动机。
2、规范性引用文件下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误表的内容）或修订版均不适用于本标准。
然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
ECE R29 卡车驾驶室乘员保护要求的规则《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》日本汽车研究所3、术语和定义模态系统振动的固有特征，相关的参数主要有固有频率、模态振型、模态质量、模态刚度、阻尼比等。
固有频率结构在受到干扰时易于发生振动的频率。
模态振型结构在特定频率下的变形。
4、分析条件按照卡车驾驶室乘员保护要求的规则（ECE R29）规定的边界条件进行正面摆锤碰撞仿真分析。
按照《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》（日本汽车研究所）规定的边界条件进行正面固定障碍壁碰撞仿真分析。
5、分析软件与硬件有限元建模一般应用ALTAIR/HYPERMESH以及TECHNOSTAR/TSV-PRE软件。
应用ALTAIR/OPTSTRUACT、TECHNOSTAR/TSV-ADVC、MSC/NASTRAN软件进行求解。
内燃机缸体模态参数的稳态图识别方法
内燃机缸体模态参数的稳态图识别方法
崔砚宏
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2012(032)002
【摘要】利用LMS b模态测试与分析系统,采用锤击法对某内燃机缸体进行模态试验.用最小二乘复指数法计算各阶模态的极点和留数,然后介绍建立稳态图的方法和利用稳态图判别真实模态频率的方法.最后给出此内燃机缸体的模态稳态图以及所识别出的前几阶模态参数.
【总页数】3页(P137-139)
【作者】崔砚宏
【作者单位】镇江船艇学院工程系内燃机教研室,江苏镇江212003
【正文语种】中文
【中图分类】U464;TB115
【相关文献】
1.基于随机子空间结合稳定图的拱桥模态参数识别方法 [J], 常军;张启伟;孙利民
2.一种模态弱响应且模态密集的参数识别方法 [J], 贾天娇;岳林
3.一种基于峰值法及稳定图原理的钢结构塔模态参数识别方法 [J], 王睿;刘晓平;张鹏
4.一种抑制模态混叠的改进HHT模态参数识别方法 [J], 宿策;解宏伟;吴海涛
5.抑制模态混叠的HHT结构模态参数识别方法研究 [J], 练继建;荣钦彪;董霄峰;王鸿振;刘卓
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东风汽车有限公司标准
DFLCT XXXX—2007 发动机汽缸体模态分析方法
前言
本标准是为了适应东风汽车公司新产品开发的要求，为东风载货汽车配置的发动机汽缸体制定的模态分析方法。
本标准主要特点如下：
- - - - 本标准对文中使用的有关名称给出了术语和定义
- - - -本标准提出了东风载货汽车配置的发动机汽缸体模态分析方法。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心提出。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心开发管理部法规认证科归口。
本标准起草单位：东风汽车有限公司商用车技术中心CAE室
本标准主要起草人：
DFLCT—XXXX—2007
东风载货汽车发动机汽缸体模态分析方法
1、范围
1.1本标本标准规定了发动机汽缸体模态有限元分析方法。
1.2 本标准适用于东风载货汽车上配置的发动机。
2、规范性引用文件
下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误表的内容）或修订版均不适用于本标准。
然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
ECE R29 卡车驾驶室乘员保护要求的规则
《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》日本汽车研究所
3、术语和定义
3.1 模态
系统振动的固有特征，相关的参数主要有固有频率、模态振型、模态质量、模态刚度、阻尼比等。
3.2 固有频率
结构在受到干扰时易于发生振动的频率。
3.3 模态振型
结构在特定频率下的变形。
4、分析条件
4.1 按照卡车驾驶室乘员保护要求的规则（ECE R29）规定的边界条件进行正面摆锤碰撞仿真分析。
4.2 按照《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》（日本汽车研究所）规定的边界条件进行正面固定障碍壁碰撞仿真分析。
5、分析软件与硬件
5.1 有限元建模一般应用ALTAIR/HYPERMESH以及TECHNOSTAR/TSV-PRE软件。
5.2 应用ALTAIR/OPTSTRUACT、TECHNOSTAR/TSV-ADVC、MSC/NASTRAN软件进行求解。
5.3应用HYPEMESH、TECHNOSTAR/TSV-POST、UGS/I-DEAS软件完成仿真结果的数据处理。
5.4 分析硬件平台为SGI MERCURY计算服务器和HP NT工作站。
6、分析方法
6.1 根据发动机缸体的几何模型，应用有限元前处理软件建立有限元分析模型。
6.2 划分的有限元网格应满足如下要求：
6.2.1 网格划分以四面体二阶单元为主，在缸体壁厚方向上最好有两排单元；
6.2.2 单元尺寸一般为5～7mm；
6.3.3 四面体单元的最小伸长比（Min Stretch）应大于0.1，最大边长比（Aspect Ratio）
应小于10。
6.4 应用CAE后处理软件完成仿真结果的数据处理，输出结果主要是缸体的频率和振型。
6.5 进行仿真结果的分析评价，可与现用的发动机缸体进行对比。
7、分析记录
7.1 发动机缸体结构几何模型（*.ptr、*.ass格式）。
7.2 模态分析模型（*.hm、*.vdb、*.dat格式）。
7.3 模态分析结果（*.res、*.vns、*.op2格式）。
DFLCT—XXXX—2007。