发动机机体振动噪声的预测方法
发动机结构振动及噪声预测
发动机结构振动及噪声预测作者:奇瑞发动机工程研究邓晓龙发动机是影响汽车NVH性能的最主要的因素,在发动机的设计阶段就深入进行振动噪声性能的预测与优化,已经成为发动机开发的基本流程,是发动机自主研发过程中的重要工作。
国内外对发动机结构噪声的预测做了大量研究,中低频结构噪声预测方法已趋成熟。
结构振动响应与辐射噪声之间的关系非常复杂,目前根据强迫振动响应计算辐射噪声的计算方法主要有平板理想化法、有限元法和边界元法等。
噪声预测技术的发展使得发动机在设计阶段进行噪声评价成为可能。
本文探讨了适于进行动力总成振动及结构噪声预测的方法;建立了动力总成各主要部件的有限元模型,通过AVL EXCITE软件进行了动力学分析,并计算发动机的振动响应。
进行NVH的性能提升的最重要的就是首先要找到主要振动及噪声源,并开展有针对性的工作。
为了更明确发动机的主要声源,采用自编软件,根据表面振动速度结果进行了主要表面的辐射声功率排序,最后进行结构噪声预测。
发动机结构振动预测进行发动机结构振动及噪声预测,涉及到大量的研究工作,主要工作包括各部件有限元建模、子结构模态提取,EXCITE模型搭建,主要激励计算,动力学分析,振动响应计算,表面辐射声源排序,声边界元建模和空间声场预测等工作。
1. 动力总成有限元模型动力总成有限元模型包括缸体、框架、缸盖、油底壳、缸套、进气歧管、排气歧管、气门室罩盖、4个悬置支架、变速器壳体、变速器传动轴及齿轮等。
由于研究的动力总成的4个悬置支架中有3个是安装在变速器上,所以加入变速器壳体的有限元模型,这样可以更准确地模拟动力总成的振动情况,特别是怠速工况下的振动。
图1所示为动力总成的有限元网格。
同样需建立曲轴组件的有限元网格,曲轴组件包括曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮和正时齿轮等部件。
图1 动力总成的有限元网格2. 发动机动力学模型发动机动力学计算模型包括了有限元模型及连接参数。
参数包括连杆质量、刚度,活塞质量,轴承刚度,发动机悬置软垫刚度以及轴瓦刚度及阻尼等。
航空发动机振动故障诊断及预测方法研究
航空发动机振动故障诊断及预测方法研究随着民航产业的快速发展和航空业的普及,如何提高航空安全性、降低事故率成为了各方面关注的焦点。
与此同时,航空发动机振动故障也逐渐被重视起来。
本文将针对航空发动机振动故障的诊断和预测方法进行探讨。
一、航空发动机振动故障的种类和原因航空发动机振动故障大致分为四类:疲劳、失衡、机件松动、流体动力学。
其原因主要包括发动机零部件的磨损、使用过程中的自然老化、过度负荷、拖行、差错安装等因素。
而航空发动机振动故障的几种导致原因上述的因素都有可能起到作用。
同时,由于航空发动机的使用频繁、工作强度大,加之工作环境复杂,航空发动机振动故障难以避免。
二、航空发动机振动故障的诊断方法在遇到航空发动机振动故障的情况时,如何进行快速有效的诊断成为了需要解决的问题。
航空发动机振动故障的诊断方法大致可分为两类:非侵入式和侵入式。
1. 非侵入式诊断方法非侵入式诊断方法主要是利用飞行数据记录器(FDR)和数据采集系统(DAS),通过记录飞行数据来判断航空发动机的振动情况。
需要注意的是,这种方法通常是监测整个飞行过程中的振动情况,但难以解决隔离特定零部件的振动故障。
2. 侵入式诊断方法侵入式诊断方法主要是通过航空发动机的故障维修手册(FIM)进行故障诊断。
在此过程中,需要较高的技能水平和专业知识,对维修人员的职业素质也有较高要求。
这种方法的优点是可以准确地确定振动故障的具体原因,进而给出相应的处理措施。
三、航空发动机振动故障的预测方法除了对振动故障进行诊断之外,如何预测航空发动机可能出现的振动故障并及时处理也是解决问题的一种方法。
航空发动机振动故障的预测方法主要是基于振动信号数据,通过振动特征提取、信号分析和预测模型构建等方法来实现。
目前主要的预测方法有:小波包分析、时频分析、稳健性全局最优化、灰色预测模型、支持向量机预测模型等。
值得注意的是,虽然以上预测方法各具特色,并且在实际应用中均取得了一定的效果,但预测模型的建立需要考虑不同航空发动机的特性,并结合不同的振动故障种类进行精细化处理。
发动机振动噪声预测中有限元技术的应用
发动机振动噪声预测中有限元技术的应用摘要有限元模型的实验结构以及结构分析是基于成型发动机而构建的。
针对同一个结构综合上述两种方法可以得知有限元模型的高度可靠性。
并且可以利用简易的有限元模型对缸体设计改动进行预测分析,分析是否对结构性的功效,因此在一定程度上有限元模型是一个比较好的辅助性的手段。
关键词发动机;振动噪声;有限元;应用随着人们的生活水平的提高以及人们环保意识的不断的加强,发动机设计方面的问题也逐渐走进人们的视野,并以法律法规等制度作为规范保证日益走向科学化的道路。
而且对相关领域产生了重要的影响,特别是汽车行业,同时发动机功率也变得越来越强,与此同时在提高发动机输出功率方面可以从以下方面入手。
即改变三个参数,具体来说就是负荷、尺寸和转速。
这些对于振动噪声而言,其影响也是非常重要的。
其实改变参数方面最先考虑的就是转速,不过转速的立方与噪声强度升高的关系是正比例的关系,因此说着会使得发动机噪声出现骤然升高的局面。
为了解决噪声问题,所以世界上许多的国家只能够以硬性的法律法规手段来约束。
在欧洲,欧共体就公路车辆的噪声出台了一些法律法规,其中一条是基于ISO汽车检测程序管控下,对于发动机噪声实施测量,其方法就是在最大转速最大载荷下加速运动时的噪声最大值。
而在高速柴油机方面,相关研究显示,假设发动机噪声的主要来源是燃烧噪声,那么对发动机的结构进行冲洗能设计就是降低其噪声的唯一的方式。
如果从更大的范围来看,即若活塞的拍击与机械冲击是其主要的,那么可以采用对结构实施重新设计的方法。
所以从上述分析来看,最为有效的降低噪音以及振动是采用发动机结构的重新设计。
1 关于有限元模型有限元网格是基于402个节点以及618个单元组成的,涉及实体单元19个,梁单元182个,角形平板单元72个,以及参平板单元345个。
对于发动机整体结构来说它可以分为5个部分,即气缸盖、4个缸套组群、气缸体和主轴承盖,不过缸体呈现不对称形式,而且具有诸多的加强筋,基于更好的利用有限元模型以及工作量的减低,则可以重复利用缸体的多处网格。
航空发动机的振动与噪声控制方法研究
航空发动机的振动与噪声控制方法研究航空发动机的振动与噪声是航空领域中的重要问题之一。
发动机的振动与噪声不仅影响到机组人员和乘客的舒适感受,还可能危及飞机的结构安全。
因此,研究航空发动机的振动与噪声控制方法具有重要的实际意义。
本文将围绕航空发动机的振动与噪声控制方法展开论述,主要从以下几个方面进行讨论。
第一,分析航空发动机振动与噪声的特点。
航空发动机振动与噪声的特点主要有两个方面:频谱特性和传播特性。
频谱特性指的是发动机振动与噪声在不同频率下的分布特性,而传播特性则指的是振动与噪声在机身结构中的传播路径及其传播特点。
理解航空发动机振动与噪声的特点对于选择相应的控制方法具有重要的指导作用。
第二,综述航空发动机振动与噪声控制方法研究的进展。
目前,对航空发动机的振动与噪声控制方法研究已经取得了一定的进展。
主要的控制方法包括主动控制方法和被动控制方法。
主动控制方法是通过在发动机上安装传感器和执行器,采用主动控制策略实时地调节发动机振动和噪声的传播与辐射特性。
被动控制方法则是通过改变机身结构或在机身表面加装吸声材料等被动手段降低发动机振动和噪声的传播与辐射。
对这些控制方法的研究进展进行综述,可以为进一步的研究提供参考和借鉴。
第三,探讨航空发动机振动与噪声控制方法的应用前景。
航空发动机振动与噪声控制技术不仅涉及到传感器、执行器、控制算法等技术方面,还需要考虑到工程实施、成本效益等问题。
通过分析航空发动机振动与噪声控制技术的应用前景,可以为航空工程师提供指导,指导他们在实际工程应用中选择合适的技术手段。
综上所述,航空发动机的振动与噪声控制方法研究是一个复杂而庞大的课题。
本文通过分析航空发动机振动与噪声的特点、综述控制方法研究的进展和探讨应用前景,希望能够为航空工程师和研究人员提供参考和借鉴,推动航空发动机振动与噪声控制技术的进一步发展。
LMS发动机与车内振动噪声仿真分析方案
LMS b Acoustics发动机与车内振动噪声仿真分析技术方案LMS国际公司北京代表处致:潍柴动力股份有限公司对于发动机制造商来说,如何准确的预测发动机的辐射噪声,一直以来都是一个非常关键的技术问题。
如果具备了噪声预测技术,就可以有效地降低发动机开发的成本,缩短开发周期,并且可以有效的保证发动机的辐射噪声水平。
发动机辐射噪声很长时间以来都是LMS关注的一个焦点。
LMS已开发了很多专用技术,比如网格粗糙化和声学传递向量(A TVs),改进了分析结果的品质,并且加快了分析过程。
LMS b 数字发动机声学的激励力可以用LMS b Motion 进行多体动力学仿真分析得到,也可以从外部程序的仿真计算得出,还能从试验测量数据中获取。
利用多体动力学载荷数据和结构模型,可以对多工况下的结构表面振动进行评估,进而预测结构的辐射噪声。
发动机结构辐射噪声预测的整个过程被模块化地分为几个阶段,在每个阶段里客户都可以对发动机的设计进行评估或改进,从而有效的控制发动机的辐射噪声水平。
结合贵单位的技术需求,我们提供一套“发动机声学仿真分析技术方案”,请您们审阅。
目录1.前言 (4)2.方案综述 (4)2.1.LMS声学解决方案概述 (4)2.2.LMS发动机噪声解决方案的独特性 (5)3.系统功能与组成 (6)3.1.耦合声学边界元Coupled Harmonic BEM (7)3.2.声学有限元Harmonic Acoustic FEM (8)3.3.耦合声学有限元Coupled Harmonic FEM ..................................... 错误!未定义书签。
3.4.声学无限元Acoustic I-FEM........................................................... 错误!未定义书签。
3.5.传递损失Transmission Loss ........................................................... 错误!未定义书签。
航空发动机振动噪声控制技术分析
航空发动机振动噪声控制技术分析航空发动机是飞行器的核心部件,它产生的噪声和振动是飞机噪声污染的主要来源之一。
为解决这一问题,发动机振动噪声控制技术逐渐得到了广泛应用。
本文将从振动噪声的产生原理、现场测试方法、控制技术等方面进行分析。
一、振动噪声的产生原理发动机振动噪声产生的原理是因为旋转机件的离心力引起的振动。
在振动过程中,机件与机壳、机械叶片相互作用产生噪声。
根据振动噪声产生的不同机理,可以分为结构噪声、流体噪声、和辐射噪声三种类型。
二、现场测试方法为了精确地分析振动噪声产生的原因,需要对发动机进行现场测试。
发动机的振动特性是瞬态的,且随机性较强,因此,测试技术需要足够灵敏、具有高精度和可靠性。
目前常用的测试方法有:1.激振法测试:该方法通过在振动系统中加入激振源进行测试。
它能够准确快速地获得包括频率响应、共振频率、腔体阻尼等振动系统参数,但该方法不能测试到机件的相互影响对振动的影响。
2.激光位移法测试:该方法利用激光来测量振动系统中的位移,能够更全面、准确地获取振动信息。
但此方法需要仪器成本高、技术难度大、现场操作受到干扰等缺点。
3.频谱分析法测试:该方法采用传感器对振动信号进行采集,并通过频谱分析来推断振动源和振动特性。
虽然操作简单易行,但由于信号受到环境干扰和测量误差等因素的影响,精度较低。
以上三种测试方法各有优缺点,需要针对具体情况选择合适的测试方法。
三、控制技术针对发动机振动噪声产生的原因和现场测试结果,需要采用合适的控制技术进行控制。
现阶段主要的控制技术包括:1.结构优化控制:通过改变材料和结构、降低质量和刚度等方式来减少结构噪声的产生。
但这种方法涉及到机器设计的核心理念,受到制造成本、性能和工艺等方面的制约,效果有限。
2.降噪隔振控制:通过降噪材料和隔振系统来降低振动噪声的传递。
该方法具有工艺简单、成本低等优点,但隔振系统对工作环境要求高,而降噪材料对声学性能要求高,这对产品的性能和可靠性提出了更高的要求。
振动噪声分析方法
七种汽车振动噪声分析方法概述2010年08月26日振动论坛一、经典方法四分之一汽车模型和二分之一汽车模型。
在设计初期或者在做模型研究的时候,往往采取这种形式。
这种模型一般用来分析汽车最基本的频率和振型特征,也可以用作其他用途,如研究汽车动力特性。
概念设计阶段,在知道了汽车基本参数之后,就可以迅速计算出整车的振动特征。
应用软件有MATLAB等。
MATLAB是美国MathWorks公司开发的大型数学计算应用软件系统,它提供了强大的矩阵处理和绘图功能,简单易用,可信度高,灵活性好,在世界范围内被科学工作者、工程师以及大学生和研究生广泛使用,目前已经成为国际市场上科学研究和工程应用方面的主导软件。
二、有限元方法经典方法只适合于分析很低频率的整体模态。
如果要考虑整车中各个系和部件的局部振动,以及修改汽车结构设计,上面的方法就无能为力了。
汽车是一个弹性结构,整体和局部振动特征都很重要。
于是在分析整车低频振动问题和建立模型时,必须考虑到其结构特征和弹性特征。
目前,用得最为广泛的方法是有限元分析。
在粗略分析整车各个系统振动特征时,可以建立网格相对粗的模型。
当要对整车振动特征进行细致分析时,就必须建立网格非常细的模型。
通常这种模型中节点间的距离仅为5mm,一部整车的有限元模型的节点和单元可以达到几百万个甚至上千万。
有限元方法是一项非常成熟的分析方法,能够准确的预估整车和各个系统的模态和模态频率,并且能动态演示整车模态。
有限元方法是用有限单元将结构弹性域或空气域离散化,根据力学方程或声波动方程,得到联立代数方程式,通过求解代数方程式得到结构弹性或声传播空气域中的振动和声特性。
有限元法需将结构有限单元离散化。
结构划分的单元愈多,自由度也就愈多,计算精度也愈高,但计算时间也愈长。
结构划分的单元的振动频率必须高于要计算的整体结构的振动频率,否则单元需进一步划分。
单元的划分需与计算精度匹配。
有限元分析方法在汽车方面的应用有:汽车零部件有限元分析、悬架结构有限元分析、车架有限元分析、车身有限元分析、轮胎有限元分析、汽车碰撞有限元分析和汽车结构有限元优化设计等。
航空发动机振动故障诊断和预测研究
航空发动机振动故障诊断和预测研究随着现代航空事业的发展,对于飞机发动机性能和安全方面的要求日益提高。
在日常运营中,航空发动机振动故障是导致航空事故的主要原因之一。
为了提高航空产业的安全性和可靠性,研究发动机振动故障诊断和预测技术已成为当前的热点问题之一。
发动机振动故障的成因发动机振动故障的成因可分为结构性原因和操作性原因两类。
结构性原因包括扭转振动、径向振动、弯曲振动和扭曲振动等,这些振动主要受到发动机内部设计和制造质量的影响。
而操作性原因则包括失速、颤振、鸣叫和共振等,这些故障往往与发动机运行过程中的参数控制和操作方式有关。
传统的故障诊断方法在传统的故障诊断方法中,人工观察和测试分析是主要手段。
这种方法在实践中已经证明是有效的,但其缺点也是非常明显的。
首先,它的诊断成本和周期比较高,同时也需要大量的人力和物力资源。
其次,这种方法的诊断结果主要依赖于人员的经验和技能水平,其准确性和可靠性难以保证。
现代的故障预测技术为了应对上述问题,现代的航空发动机振动故障诊断和预测技术已经得到了广泛的应用和推广。
其中最主要的技术包括模型识别和监控、模型预测和智能算法。
这些技术可有效地降低诊断成本和周期,并且大大提高了诊断结果的准确性和可靠性。
模型识别和监控第一个技术就是模型识别和监控。
在这种技术中,发动机的振动模型通常通过物理方法建立。
发动机内部传递的信息和信号可以被转换为数学模型,并且被存储在计算机中。
这些数学模型包括传递函数、状态空间模型等。
然后,针对这些数学模型,可以采用现代的数据挖掘、机器学习等技术,以监控发动机振动参数的变化,以便及时发现故障。
模型预测第二个技术是模型预测。
在这种技术中,振动参数和其他故障参数的关系通过提取特征变量、分析数据的特征和趋势分析等方法得到预测模型。
这种模型可以用来预测发动机故障的进展和预测发动机的寿命。
智能算法第三个技术是智能算法。
智能算法是指人们在研究和解决问题时,依照人们的智力工作方式,模仿人类的思维方式进行建模和计算的一类算法。
FAW发动机整机振动及结构噪声模拟
发动机整机振动及结构噪声模拟汤乐超 朴英子 何洪源一汽技术中心振动噪声研究室(长春市创业大街1063号,tanglechao@) 摘要:本文介绍了一汽技术中心在发动机整机振动噪声模拟方面所作的部分工作内容。
这些内容包括发动机零部件模态计算、整机模态计算、曲轴扭振计算、整机动力学模拟、表面速度计算、阀系力对整机噪声的影响、活塞拍击对整机噪声的影响、发动机1m辐射声场计算、噪声源分离以及零部件的振动噪声优化。
关键词:发动机 NVH 阀系活塞拍击优化主要软件:A VL-EXCITE 、A VL-TYCON、A VL-GLIDE、SYSNOISE、NASTRAN一、发动机零部件、整机模态计算发动机零部件模态计算对于了解零部件的刚度、可能的共振、后期的零部件噪声优化目标有着重要意义。
通过整机的模态计算可以了解发动机的整体刚度、附件可能的共振、后期的整机振动噪声优化目标,还可以为发动机的悬置支架优化、悬置匹配提供输入条件和参考依据。
图一 、开发机型与竞争机型模态计算结果对比二、曲轴扭振分析及优化曲轴扭振分析及优化是提高发动机工作的可靠性、降低发动机零部件及整机振动、减小发动机表面噪声辐射的重要手段之一,曲轴的扭振分析需要结合发动机的运转工况、曲轴飞轮组的扭转模态、阻尼减振器设计三个方面来进行。
图二、曲轴扭振分析及阻尼减振器匹配三、发动机整机动力学模拟及表面速度计算基于EXCITE软件的发动机整机动力学模拟需要建立发动机的整机有限元模型、运动件有限元模型,在EXCITE中还需要定义体之间的各种非线性连接(非线性刚度、非线性阻尼特性)。
由发动机动力学模拟可以得到各个体间的相互作用力(如主轴承座力、连杆小头侧向力等),这些相互作用力既可以作为零部件多轴疲劳计算的力边界条件,也可以作为零部件静力学计算的力边界条件。
发动机整机动力学计算完成后,可通过NASTRAN对整机进行噪声恢复,得到整机在频域上的表面速度的分布,以初步确定需要进行噪声优化的零部件。
发动机振动趋势预测模型研究
发动机振动趋势预测模型研究趋势预测是指在获得当前时刻设备运行状态评估信息的基础上,利用各种推理算法对系统未来某时刻的状态进行评估。
因此,趋势预测作为故障诊断中一个重要环节倍受重视。
其中,一项重要的功能指标是“对性能状况和机械状况参数进行趋势分析和预测,实现故障预测,给出维修建议”。
这表明,对振动故障趋势的预测已成为亟待攻克的关键技术之一。
本文分析了发动机振动趋势预测模型。
标签:发动机;振动趋势;预测模型我国发动机从仿制到自主研制的发展过程中,几乎所有机型都受到了振动超标、故障频发的困扰。
经过几十年的积累,传统的振动分析方法也解决了一些工程中的问题。
一、发动机振动预测的作用1.长期预测。
长期预测的数据最小长度可以是一小时或一日甚至一周以来发动机振幅的平均值。
对发动机进行长期预测可以得到发动机未来的宏观振动趋势。
开展长期预测有助于保障以下工作顺利进行。
一是指导维修安排。
根据长期预测的振动趋势判断发动机未来健康状态,及时视情维修,保障发动机正常工作,降低维修费用。
二是制定计划。
根据长期预测结果判定发动机健康状态,有助于合理的安排计划。
三是总结该型号发动机寿命规律,为延寿奠定基础。
统计总结该型发动机的振动规律,结合长期振动预测值,分析发动机恶性振动形成的原因,有助于在发动机型号改进时提供工程支持。
安全保障评估。
统计总结发动机长期以来的振动实测值与预测值,分析数据,统计发动机常见故障,评估发动机状态,保障飞机安全可靠。
2. 短期预测。
短期预测一般用于发动机工作时,根据发动机预测结果,辅助发动机控制决策,实时的调整发动工作状态,可避免进一步恶化发动机的工作环境。
一是为最优控制提供技术依据。
由于发动机工作在气构耦合、结构耦合等多种耦合环境下,最优控制是发动机设计追求的最终目标。
振动幅值是最优控制的一个理想控制目标,例如目前广泛应用的主动间隙控制技术。
二是为振动主动控制提供技术依据。
发动机振动主动控制是近年结构动力学研究的热点和难点,比较有代表性的有弹支干摩擦阻尼器、可变参数挤压油膜阻尼器和电磁轴承等。
航空发动机的振动与噪声分析
航空发动机的振动与噪声分析一、引言航空发动机是飞机的核心装备,因此其性能的稳定性和可靠性对于保障飞机的安全和运营至关重要。
然而,航空发动机在运行过程中会产生各种各样的振动和噪声,这些振动和噪声会对发动机和飞机的其他部位造成损害,影响飞机的安全性和使用寿命。
因此,对航空发动机的振动和噪声进行深入的分析和研究,对于提高发动机和飞机的性能和可靠性,有着重要的意义。
二、航空发动机振动的来源和影响(一)航空发动机振动的来源航空发动机振动主要来自于以下几个方面:1.气动力振动:由于流体在发动机内部的流动引起振动,例如气动力脉动、稳定振荡和涡激振荡等。
2.机械振动:由于发动机旋转部件的不平衡、偏心和失衡等原因引起的机械振动,例如旋转不平衡、转子动力学振动和齿轮传动振动等。
3.热振动:由于温度的变化引起的热膨胀和热应力等原因引起的振动。
4.控制振动:由于主要机构和辅助机构的振动控制不良、稳定性不足和调节不当等原因引起的。
(二)航空发动机振动的影响航空发动机振动的影响主要有以下几个方面:1.机械疲劳:振动是发动机疲劳和损坏的主要原因,长期的振动会引起旋转部件的疲劳裂纹和损伤。
2.噪声:振动会产生噪声,并通过外观结构传递到飞机的其他部位,影响飞机的安全性和使用寿命。
3.不良的舒适性:振动会影响机组人员和乘客的舒适性,同时也会影响飞行人员的工作效率和对发动机的观察能力。
4.其他方面:航空发动机振动还可能影响发动机的整体性能,例如燃油消耗、电力输出和环境污染等。
三、航空发动机噪声的来源和影响(一)航空发动机噪声的来源航空发动机噪声主要来自于以下几个方面:1.气体流动噪声:由于气体流动过程中产生的噪声。
2.旋转部件噪声:由于旋转部件的摩擦声和其他噪声引起。
3.内燃机噪声:由于内燃机原理产生的噪声,例如火花塞爆炸和燃烧噪声等。
4.排气噪声:由于排气过程中产生的噪声。
(二)航空发动机噪声的影响航空发动机噪声的影响主要有以下几个方面:1.人员健康:长期处于高噪声环境下可能会对人们的健康产生影响,例如失聪等。
发动机噪声的判断方法
阀 系机 构 的 噪声 特 点 为 “ 卡嗒” 声, 或 者象 是 缝 纫 机运转 时的声 音 。 阀系 噪声 的频 率 是 曲轴 运转 速 度 的 1 / 2 。一种极 为 常见 的 阀系 噪声 是 挺 杆 发 出 的卡 嗒 声 。 如果发 动 机装 的是整 体式 挺杆 , 可 能需要 加 以调 整 。如 果发动机 所装 的是液 压 挺杆 , 就 有 许 多 部 位 会 发 生 故障。 6 .爆 燃和 过早 点火 的噪声 爆 燃 和过早 点火会 使 发动机 内的燃烧 情况 不正 常 。 当发动 机 正 常 运 行 时 , 燃 烧 室 的 火 焰 迅 速 向 外 扩 散, 就 象是一 块石 子落 到水 池里产 生 的波 浪 一样 。有 些 情 况使 压力 达 到 能 开始 第 二 次燃 烧 。当正 常 的火 焰 前 沿 进入 N- - 次燃 烧 火 焰 的前 沿 时 , 将 引起 猛 烈 的爆 炸 , 从 而产 生敲 击 , 发 出 被 称 为爆 燃 的 “ 乒” 声 。爆 燃 将 导 致 活塞 和活塞 环 破 坏 , 使 顶 部 活塞 环 槽 磨 损 、 划 伤 和 卡 住, 烧 伤气缸 盖垫 , 甚至 会使 整个 发动 机失 效 。 提 前点火 是在 正 常 的火 花塞 火 花 出现 之 前 燃 油 混 合气 被 点燃 。 当正 常 的火 花 紧 接 着提 前 点 火 之 后 出 现 时, 两 团互相 冲 突 的火 焰 会 引起 “ 乒” 的 噪声 。提前 点 火使 发 动机 的功 率 受 到损 失 , 并会造成活塞 、 活 塞 环 和 气 门 的严 重损 坏 。提前 点火 和爆燃 的关 系 非 常密 切 , 因 此, 很难 由声音 来 区别两 者 , 而且 两者会 相互 引发 。 7 .前罩 下发 出的其 它噪声 水泵 轴承 失效 时 发 出 的 噪声 可 以很 方 便 地 用 听 诊 器确 定其 部 位 ( 摇 动 扇 叶 的末 端 时可 感 觉 到轴 承 的 松 动) 。如不 能作 出肯 定 , 可 在 短 暂 的运 行 期 内卸 下 驱 动 皮带 , 若 噪声依 然存 在 , 即说 明噪声 并非 发 自水泵 。 皮带 常会 在怠 速或 低 速 时发 出“ 咯 吱” 声 。可 尝试 将水 喷 到怀 疑 有 问题 的皮 带 上 , 看 能 否 使 噪 声 暂 时 消 失 。消 除噪声 的方法 是 清洗皮 带轮 槽 , 然 后 重新 调 整皮 带 。皮带 发 出 “ 尖啸声” , 通 常 是 由于 侧 面 被 磨 光 或 烧 坏所 致 。出现 这种 情 形 时 , 应 将皮 带 张 紧 , 或在 必 要 时 予 以更换 。 发 电机轴 承噪声 的变 化范 围很 大 , 从 刺 耳 的隆 隆声 到类 似报警 器 的 声 响 。通 过放 松 调 整 螺 栓 和改 变 发 电 机驱 动皮带 的张紧程 度 , 可使 噪声 降低 。 下面举 出可能遇 到 的其它一 些 发 自罩 下 的噪声 : ( 1 )松 驰 的正 时链 碰 撞前 盖 内部 ; ( 2 ) 推 杆顶 部 磨 损 后 阻断供 油 , 摇 臂发 出“ 吱吱” 声( 在 推杆 有 钻孔 的发 动 机上 ) ; ( 3 ) 进 气 预 热 调 节 阀颤 动 ; ( 4 ) 活塞 的机 械 损 伤; ( 5 ) 连杆螺 栓撞 击 凹油 盘 内部 ; ( 6 ) 连杆 螺 栓 的顶 部 转 动 而碰撞 凸轮 轴 ; ( 7 ) 燃油 泵 连 接螺 栓 过 长 而与 正 时 链摩 擦 ; ( 8 ) 新 活塞 环在气 缸 的顶部 碰撞 脊 部 ; ( 9 ) 活 塞 碰撞 气 缸盖垫 的边 缘 ; ( 1 0 ) 活塞 销 与缸 壁摩 擦 ; ( 1 1 ) 固 定架 损 坏 ; ( 1 2 ) 风扇 上 的液压 离 合器 有 缺 陷 ; ( 1 3 ) 燃 油 泵 复位 簧断掉 。
乘用车用柴油机噪声声品质预测技术
乘用车用柴油机噪声声品质预测技术随着科技的不断进步和发展,乘用车使用柴油机已经成为了当今常见的驱动方式,它的高效和节能已得到了广泛的推广。
然而,由于柴油机存在噪声问题,已成为了乘用车在行驶过程中最大的噪声来源之一,为此需要一套高效、准确的柴油机噪声声品质预测技术。
柴油机噪声问题具有很高的复杂性,难以从单一的方面进行解决。
因此,预测柴油机噪声需要全面考虑各种影响因素,如发动机的结构设计、排气管的长度、车身的隔音效果等多个综合因素。
与传统的柴油机噪声判别方法不同,现在的预测技术能够考虑到更加全面的因素,准确地预测柴油机噪声水平,从而更好地满足用户的需求。
预测柴油机噪声的方法主要有两种:一种是基于经验模态分解的方法,另一种是基于神经网络的方法。
它们各自有着优缺点,但都可以通过大量的数据分析来确定最佳的预测方案。
经验模态分解是一种利用固有模式进行时间序列分解的方法,主要用于柴油机噪声信号的处理。
通过对柴油机噪声信号进行经验模态分解,可以将原始信号分解为若干个固有模式,每个固有模式对应于不同的频率和振幅,从而能够更好地预测实际的噪声信号。
神经网络则是一种非常常用的预测方法,能够通过学习大量的数据来得到复杂的映射关系,进而预测柴油机噪声水平。
它的预测精度较高,但在训练神经网络时需要大量的数据,成本也比较高。
在实际的应用中,为了提高预测准确度,需要最优化地选择各项因素的参数。
例如,在参数的选择中,需要考虑到修正公式参数的合理性,选择合适的特征参数,对数据进行规范化处理,以及固定激活函数等。
只有在参数优化过程中能够把各个因素的影响因素尽可能的纳入进去,才能够得到最好的预测结果。
在乘用车用柴油机噪声声品质预测技术的开发中,应该充分考虑到环保和车辆舒适性的问题,预测结果应能保证柴油机噪声不会对环境、驾驶者及乘客带来负面影响。
这是一项非常重要的工作,需要全面、系统的考虑各个因素,才能得到更加实用的预测技术。
总之,在乘用车柴油机噪声声品质预测技术的研发中,需要综合考虑多种因素,采用多种预测方法,需要对数据进行大量的分析和优化处理,才能得到最优的预测结果。
发动机噪声及振动
汽车噪声与振动——理论与应用汽车噪声的传递有固体波动和气体波动两种传播形式。
通常500Hz以下的低、中频率噪声主要以固体波动形式传播,而在较高的频带内则以空气传播为主。
第十章发动机的振动第十一章发动机的噪声在相同条件下,柴油机的排气噪声要比汽油机的排气噪声大,二冲程内燃机的排气噪声要比四冲程的大。
柴油机的排气声呈明显的低频性,能量主要集中在基频及其倍频的频率范围内;中频范围主要是排气管内气柱振荡的固有音;高频范围主要包括燃烧声和气流高速通过气口的空气动力噪声。
发动机两种噪声:纯音和混杂音。
纯音是窄频带的,用抗性消音器;混杂音是宽频带的,用阻性消声器。
抗性消声器:将能量反射回声源,从而抑制声音。
阻性消声器:声能被吸声材料吸收并转化成热能,从而消声。
发动机噪声估算: 1、 柴油机声功率级)lg(30)lg(1057bb b W n nP n L ++≈ (dBA ) 式中:W L ——柴油机声功率级;b P ——柴油机标定功率(kW ); b n ——柴油机标定转速(r/min ); n ——柴油机实际转速(r/min )。
2、 柴油机机体表面辐射声功率级的近似公式柴油机机体表面辐射的31倍频程声功率级近似计算公式如下:)lg(2010001000)1(lg 1052)(bb bb W n nff m P P n f L +⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++≈ 式中:f ——31倍频程中心频率(Hz );m ——柴油机质量(kg )。
3、 汽油机声功率级估算)lg(50)lg(1057bb b W n nP n L ++≈ (dBA ) 以上公式只是估算,公式已显陈旧。
机体结构特性:结构特性主要指振型、固有频率和传递函数。
燃烧噪声:由于气缸内燃烧,将活塞对缸套的压力振动通过缸盖—活塞—连杆—曲柄—机体向外辐射的噪声称为燃烧噪声。
机械噪声:活塞对缸套的撞击、正时齿轮、配气机构、喷油系统、辅助皮带、正时皮带等运动件之间的机械撞击所产生的振动激发的噪声称为机械噪声。
速度法预测发动机表面辐射噪声的研究
15.8
30.0
101.0
7.3
齿轮室盖
O.06
14.1
24.5
98.9
4.5
进气管
O.30
7.7
22.1
98.6
4.1
缸体
O.41
7.3
8.2
98.3
4.O
飞轮壳
0.20
8.8
13.5
97.9
3.6
喷油泵
0.05
10.8
10.6
93.7
1.3
空滤器
0.37
3.1
3.O
91.1
1.1
总和
2.92
112.4
4结论
通过研究发动机表面振动,预测了发动机总的表面噪声声功率和各个部件表面噪声声功率 级,找出了发动机的主要结构辐射噪声源。如果要降低发动机表面辐射的噪声声功率级必须首 先从最主要得噪声源入手,所以本文为下一步该发动机噪声的治理提供了基础。
通过表面振动速度预测发动机声功率虽然在准确确定辐射系数上存在一些困难,但是如果 我们在设计阶段就能得到发动机结构的表面振动特性,仍然可以对发动机的噪声特性进行初步 评估。随着现代设计理论和方法的发展,计算机应用在产品设计中的应用不断深入,在设计阶 段对发动机的噪声特性进行评估逐渐成为可能。
公式中只有辐射系数难以计算。辐射系数表示部件由于表面振动而辐射声能的有效程度,
不仅与部件的形状和边界条件有关,还和振动频率有关。一般认为在临界频率以上辐射系数等
于1,在临界频率以下辐射系数为0~1【5】。临界频率就是振动部件表面弯曲波波长和空气中声波
盯=i‰,而对于一个振荡的球声元,辐射系 波长相等时的振动频率。 对于一个脉动球声源,辐射系数为:
基于LMS Virtual Lab Acoustics的发动机结构噪声预测
基于LMS VirtualLab Acoustics的发动机结构噪声预测作者:邓晓龙李修蓬奇瑞汽车工程研究院动力总成开发部邓晓龙李修蓬摘要:在发动机设计阶段就进行发动机结构噪声预测,并在此基础上进行噪声最优化控制,是提升发动机的NVH性能的根本手段。
在对发动机进行动力学分析、结构响应振动计算后,采用LMS Virtual Lab/Acoustic软件进行了发动机结构噪声预测。
关键词:发动机; 噪声预测;1 前言随着我国汽车自主创新的不断深入,从设计阶段开始就同步进行计算机仿真成为发动机开发的基本需求。
CAE技术的大量应用,降低了发动机开发的成本,缩短了开发周期,提升了产品性能。
汽车的NVH(Noise,Vibration and Harshness;噪声、振动与舒适性)性能日益受到重视,发动机是汽车最主要的振动及噪声源,在发动机的设计阶段就深入进行振动噪声性能的预测与优化,是发动机自主研发过程中非常重要的一项工作。
国内外研究人员对发动机结构噪声的预测做了大量的研究工作,中低频的结构噪声预测方法已经趋于成熟。
出现了一些可进行噪声预测的商业软件,如LMS公司的Virtual Lab/Acoustic 等。
结构振动响应与辐射噪声之间的关系非常复杂,目前根据强迫振动响应计算辐射噪声的计算方法主要有平板理想化法、有限元法和边界元法等[1]。
噪声预测技术的发展,使得发动机在设计阶段进行噪声评价成为可能。
本文建立了发动机主要部件的有限元模型,通过AVL/EXCITE软件,进行了动力学分析,施加发动机的主要激励后,用MSC/NASTRAN计算发动机的振动响应,最后采用Virtual Lab/Acoustic进行噪声预测。
2 结构噪声预测理论2.1 发动机结构噪声预测流程进行发动机结构噪声预测,需要进行大量的研究工作。
图1为发动机结构噪声预测的基本流程。
图1 发动机辐射噪声预测流程2.2 发动机结构强迫振动响应在计算强迫振动响应时,假设发动机受到随时间变化的激励力的作用,系统为线弹性振动。
基于多体动力学仿真技术的多缸发动机噪声预测
基于多体动力学仿真技术的多缸发动机噪声预测黄硕【摘要】对一台四冲程直列四缸涡轮增压柴油发动机建模,使用多体耦合和有限元边界元来进行噪声辐射预测.对其进行多体动力学仿真,模拟这台发动机从1 500 ~4 000 r/min的工作状态,确定动力总成的激励大小,还特别估计出了作用在缸体上的作用力.在发动机动力系统的动态描述中,同时考虑气体压力对燃烧过程的影响和运动部件惯性力的作用.此外还评估了实际发动机的操作性能,曲柄和缸体都被视为自由体.依据ISO3744标准,基于著名的MATV方法,利用模态参与因子的缸体激励,计算出距发动机1m处的发动机噪声辐射大小.通过LMS b工具,对发动机动力总成的动态及振动噪声表现进行描述.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】6页(P36-41)【关键词】多缸发动机;噪声;发动机动力总成【作者】黄硕【作者单位】东风商用车有限公司发动机厂,湖北十堰442001【正文语种】中文当设计一台新发动机的时候,汽车工程师会考虑不同的设计目的,也可以看作各种约束。
例如高性能、低质量、耐久性、低成本和可以接受的噪声水平等。
有时候这些目标有着不同的目的,并且是相互矛盾的。
所以往往当一台原型机制造出来后,再想得到一个好的折中方案就很困难了。
因此,在设计阶段使用预测方法是很重要的,由于市场压力和竞争,汽车制造商正在努力缩短开发周期[1]。
因为这个原因,数值模拟技术变得越来越重要。
一方面,它可以帮助工程师在设计初期开展工作;另一方面,也可以减少制造和测试物理样机的次数。
结构和声学建模方法用于预测噪声、振动、发动机动力学和耐用性等性能。
它已成为设计流程中满足车辆舒适性需求和震动噪声法规的关键工具[2-5]。
特别是在较低的发动机转速时,在振动的条件下低频率传递的发动机支架,是一个非常重要的激励部件。
文中主要对一台四冲程直列四缸涡轮增压柴油发动机的振动噪声进行研究。
发动机机体振动噪声的预测方法
发动机机体振动噪声的预测方法
林琼;郝志勇;贾维新;刘宏
【期刊名称】《江苏大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2008(029)003
【摘要】采用综合多体动力学-有限元法-声学分析法的集成预测方法,对发动机机体振动噪声的预测方法进行了研究,并详细介绍了该方法的分析流程.通过多体动力学得到作用于机体上的载荷时间历程,用有限元法预测机体表面的振动,通过声学分析法预测机体表面辐射的噪声.将振动和声学预测数据与试验数据进行比较,结果表明该方法可以准确预测机体的振动噪声水平,可用于机体的虚拟改进设计.
【总页数】5页(P210-213,217)
【作者】林琼;郝志勇;贾维新;刘宏
【作者单位】浙江大学,机械与能源工程学院,浙江,杭州310027;浙江大学,机械与能源工程学院,浙江,杭州310027;浙江大学,机械与能源工程学院,浙江,杭州310027;杭州汽车发动机厂技术中心,浙江,杭州310005
【正文语种】中文
【中图分类】TN914.3
【相关文献】
1.航空发动机齿轮减速器振动噪声机理及其辐射噪声预测方法 [J], 丁文强;吴玉萍;魏巍;谢俊岭
2.航空活塞发动机机体疲劳优化设计方法 [J], 邹湘伏;邓宇;潘钟键
3.汽车发动机机体组零件的检测 [J], 程亚梅
4.汽车发动机机体组零件的检测 [J], 程亚梅
5.轻型柴油发动机机体气孔缺陷分析及解决 [J], 张永青;唐洪伟;胡俊康;赵志罡;李小龙
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2008年5月M ay 2008第29卷 第3期V o.l 29 N o .3发动机机体振动噪声的预测方法林 琼1,郝志勇1,贾维新1,刘 宏2(1.浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州310027; 2.杭州汽车发动机厂技术中心,浙江杭州310005)摘要:采用综合多体动力学-有限元法-声学分析法的集成预测方法,对发动机机体振动噪声的预测方法进行了研究,并详细介绍了该方法的分析流程.通过多体动力学得到作用于机体上的载荷时间历程,用有限元法预测机体表面的振动,通过声学分析法预测机体表面辐射的噪声.将振动和声学预测数据与试验数据进行比较,结果表明该方法可以准确预测机体的振动噪声水平,可用于机体的虚拟改进设计.关键词:发动机机体;振动噪声;多体动力学;有限元法;声学仿真法中图分类号:TN914.3 文献标志码:A 文章编号:1671-7775(2008)03-0210-04Prediction m et hod of radiated noise by engi ne blockLI N Qiong 1,HAO Zh i -yong 1,JI A W ei -x in 1,LIU H ong2(1.C ollege ofM echan i cal and E nergy Eng i neeri ng ,Zheji ang Un i versity ,H angz hou ,Zhe ji ang 310027,Ch i na ;2.H angzhou A uto m oti ve En -gi n e P l an tT echn i calC enter ,H angzhou ,Zhejiang 310005,C h i na)Abstract :The predicti o n m ethod o f sound and v i b rati o n o f the eng i n e b l o ck is descri b ed .The integ rated m e t h od co mprises the m ult-i body dyna m ic m ethod (MD M ),fi n ite ele m ent m ethod (FE M )and acoustic si m ulation m ethod (AS M ).By m ult-i body dyna m i c m ethod ,the loads that the eng i n e block is subjected can be obta i n ed ;by FE M the vibration characteristic can be predicted ;and by ASM,the radiated noise of the eng i n e block and the pressure at arbitrary po int i n the m edium can be calc u lated.The co m parison of t h e data fro m predicted quantity and that fro m the test proves that th ism et h od owns a high precision ,and thus can be used to d irect the v irtual desi g n of lo w -no ise engine b l o ck.Key w ords :eng ine b l o ck;no ise and v i b rati o n ;m u lt-i body dyna m ic m ethod ;finite e le m entm ethod ;acoustic si m u lation m ethod 收稿日期:2007-10-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575203)作者简介:林 琼(1981 ),女,福建福州人,博士研究生(w agli n1981@hot m ai.l co m ),主要从事动力机械与车辆振动噪声控制研究.郝志勇(1955 ),男,陕西绥德人,教授,博士生导师(h aoz y @zju .edu .cn),主要从事内燃机现代设计理论与方法、动力机械与车辆振动噪声控制研究.在发动机表面辐射噪声中,机体及其附件辐射噪声占有相当大的比例,而安装到机体上的薄壁件(如气门室罩、正时齿轮室盖、油底壳等)辐射的噪声也是由机体的振动激发的,所以,要降低发动机表面辐射噪声,应首先从机体结构优化入手[1,2].考虑多种因素的发动机整机预测固然会得到相对准确的结果,但在有些情况下,减少每次改进的预测时间的要求可能要大于对计算精度的要求.一方面随着市场竞争的需要,加快产品设计周期通常会给发动机厂商带来更多的收益;另一方面是设计工作通常有继承性,新的改进设计通常建立在某次较好的设计的基础上,这样,对某次设计进行快速评价就显得尤其重要.因此,提供一种既高效又能够满足一定精度的预测方法通常是发动机改进设计成功的关键.发动机的振动噪声预测通常可以采用两种方法,一种是通过有限元模态计算得到发动机各部件的动第3期 林 琼等:发动机机体振动噪声的预测方法211态特性,将这些包含动态特性的柔性体模型导入到多体动力学分析中,直接得到机体振动的时间历程,然后转化成频域信号进行声学预测.另一种方法是发动机的部分部件采用柔性体进行多体动力分析,将得到的载荷转换到频域施加到有限元模型中,采用有限元方法进行频域内分析,得到机体表面的振动,然后进行声学预测.笔者对以计算机技术为基础的发动机声学虚拟预测方法在发动机低噪声结构改进设计过程中的应用进行了研究.该方法是集多体动力学分析方法[3-5]、有限元分析方法[6]、声学仿真分析方法[7]为一体的虚拟分析技术,可为发动机结构优化提供重要的信息,保证结构优化向着正确的方向进行.由于曲轴、润滑油及主轴承的相互耦合作用对主轴承载荷及整机振动有很大影响,若采用刚性体则无法准确预测三者之间的耦合作用,因此为了提高计算精度,同时考虑到计算规模,文中对机体采用了一种刚柔组合模型,曲轴采用柔性模型.而机体上部由于刚度相对较大而采用刚性模型.另外考虑到活塞及连杆的特性对主轴承载荷的影响也较小,因此分析中采用了刚性活塞及连杆.1 发动机的多体动力学分析润滑油膜的动态特性对主轴承载荷具有重要影响,但由于润滑油膜具有很强的非线性特征,因此很难准确模拟.到目前为止,主轴承润滑油膜一般有三种模拟形式:线性弹簧阻尼模型,非线性弹簧阻尼模型和流体动力学模型.前两种形式计算量相对较小,但并不能很好地模拟油膜的高度非线性,而流体动力学油膜模型则能够准确反映油膜非线性特性,因此文中采用多体动力学软件ADAM S/Engine提供的轴承流体动力学数学模型进行仿真.图1为曲轴、油膜、主轴承相互作用示意图.通过求解油膜轴承的Reyno l d s方程,从而可以得到由以下公式计算的主轴承压力[3,4]:f x= RL3v sc3211h3co s( + )cos( + )d(1)f y= RL3v sc3211h3cos( + )sin( + )d(2)式中 为润滑油粘度;R为主轴颈半径;L为主轴颈长度;c为主轴颈与轴瓦的间隙;v s为主轴颈的挤压速度; 为挤压速度方向与偏心方向间的夹角;h为油膜厚度.图1 油膜轴承示意图F i g.1 Schema ti c o f bear i ng w it h o il fil m其中激励源是发动机气缸内的爆发压力以及各运动机构(如活塞、连杆、曲轴等)的惯性力.从而得到活塞敲击力、主轴承载荷的时间历程,这些数据将用于下面的有限元分析中.2 机体的有限元动态分析2.1 有限元模型分析对象为机体和曲轴箱,两者均为详细的三维实体模型,采用10节点四面体单元,共划分了112719个单元,210670个节点.由于缸盖的结构较复杂,而且并不是主要分析对象,因此对缸盖进行简化,采用二维板单元模拟.缸盖与机体及机体与曲轴箱的连接采用自由度耦合的方式.2.2 约束条件为了与试验数据进行对比,发动机机体的约束条件模拟发动机在安装条件下处于刚性支撑状态的条件.该发动机的支撑部位分别位于齿轮室罩和飞轮壳的左右两侧,机体与齿轮室罩和飞轮壳通过螺栓连接,因此可以假定机体通过这些连接螺栓被支撑起来.具体模拟方法如下:有限元模型中在机体前后端面上对应齿轮室或飞轮壳与发动机支撑连接的位置添加两个节点,这两个节点约束6个方向的自由度.将机体两个端面上连接螺栓处的节点及这两个刚性约束点采用REB3单元连接到飞轮壳或齿轮室罩的质心对应的点.这样新添加的点以及REB3单元就近似等效于飞轮壳或齿轮室罩结构,约束住新添加的两个节点的6个方向的自由度即相当于发动机通过飞轮壳或齿轮室罩被刚性支撑.2.3 载荷的处理作用到机体有限元模型上的载荷有气缸内的爆212第29卷发压力、活塞侧向力、主轴承力.其中爆发压力是由试验测量得到的,活塞敲击力和主轴承力是通过前面多体动力学分析得到的.缸内爆发压力载荷作用到缸盖的底面.活塞侧向力的值在发动机工作循环内是随曲轴转角变化的,而且作用点的位置也是随时间变化的.活塞在上止点附近对主推力侧的敲击力要远远大于在其他时刻的侧向力,因此假设活塞对缸套主推力侧的侧向力作用点在活塞敲击点处.主轴承载荷本应该是压力载荷,在有限元法中压力载荷要施加在网格表面上,而一个网格表面上同一时刻压力是不均匀分布的,若对每一个单元施加这种不均布的载荷是相当复杂的.这里对主轴承载荷做了一些简化,将压力转换成力施加到主轴承中间位置.由于有限元计算在频域内进行,而上面的爆发压力,以及由多体动力学分析得到的活塞侧向力和主轴承力均是时域信号,因此在M atlab中对这些载荷进行傅立叶变换,得到相应的频域信号,为了在频域中表达载荷的时间量,频域载荷均采用复数形式.3 机体的声学仿真分析结构表面辐射噪声是由于结构振动产生的,因此可以把发动机机体和周围的空气看作一个声学系统,由于只有结构振动的法向分量才会产生声波,声学系统的离散化方程可以表示为p=[A tv( )]T v n( )(3)式中p为声压;A tv( )为声音传递向量; 为对应的频率;v n( )为结构表面振动的法向速度.根据线性系统理论,A tv( )仅是由声学系统的特性决定,因此在机体-空气这一声学系统中,决定A tv( )的因素就是机体的几何形状,空气的特性和麦克风的位置.在Sysno ise中是利用直接边界元方法来计算机体表面振动到场点声压的传递关系,因此在声学预测时只需建立机体和曲轴箱的包络外表面,对该表面划分边界元网格.在声学分析中,有限元网格尺寸大于4~6倍声波波长,就可以得到较高的精度,按照这一原则,声学分析模型的网格尺寸应由计算频率的上限来确定,文中的模型可以计算到上限频率4000H z.4 预测数据与试验数据的比较为验证该预测方法的精确度,对发动机台架试验得到的机体上某些点的振动加速度值与虚拟预测方法得到的对应点的加速度值比较,图2为曲轴箱上一点和机体左侧上部一点两种方法得到的振动加速度曲线的比较.图2 试验测量振动加速度值与有限元预测分析结果比较F i g.2 Co m pa rison o f v i brati on acce lera ti on o ftest and FE M result由图2可知,虚拟预测方法得到的振动数据与发动机的实际振动情况比较吻合.另外通过试验测量发动机机体表面法向振动速度的值,采用振动速度法估测发动机表面辐射的噪声值,将该值与声学仿真法计算得到的值比较,结果如图3所示,两条曲线吻合得较好.采用振动速度法估测250~4000H z 频率范围内A计权总声功率级为104.4dB,声学仿真法得到的总声功率级为104.8dB.图3 表面振动速度法与虚拟预测法机体辐射噪声比较F ig.3 Co m parison of radiati ve no i se o f surface v i brati onveloc it y m ethod and FE M m et hod通过前面对振动与辐射噪声特性的比较,说明第3期 林 琼等:发动机机体振动噪声的预测方法213所研究的预测方法具有较高的精度,完全可以满足工程应用的需要,因此可以依据该方法进行机体的低噪声改进设计.5 预测数据分析5.1 振动预测数据分析由于在预测振动噪声时,为了减少每次改进设计的计算时间,与机体连接的薄壁件没有考虑在内,因此,对于机体振动水平的评价,通常以能够降低机体上与薄壁件(如油底壳,齿轮室罩等)连接点处的振动为依据,因为机体上这些连接点处的振动正是这些薄壁件的激励源,这些点处的振动降低了,必然会降低这些薄壁件辐射的噪声.若考虑机体对油底壳激励引起的油底壳辐射噪声,可以用机体与油底壳连接点处的平均振动加速度作为评价指标,图4为曲轴箱右侧面与油底壳连接点处平均振动加速度曲线.这些评价指标可以为虚拟改进设计提供改进效果的评判依据.图4 曲轴箱右侧面与油底壳连接点处平均振动加速度曲线F i g .4 A verage v i bra ti on acce lera ti on curv e at r i ghtsi de face of crankshaft box and o il pan5.2 声学预测数据分析通过声学预测得到的机体结构表面辐射的声功率级曲线如图5所示,图中在2200H z 和2600H z 附近时机体辐射噪声较大,因此机体结构改进应主要着眼于这两个频率.图6为在2236H z 和2621H z 时机体结构表面法向振动速度的云图,从图中可以明显看到在2236H z 时机体右侧上部是主要的噪声辐射部位,在2621H z 时右侧裙部和曲轴箱是主要噪声辐射部位.这样以降低机体辐射噪声为目的的机体结构改进就可以建立在对辐射声功率和结构表面法向振动速度云图分析的基础上.通过辐射声功率可以找到机体主要辐射噪声的频率,通过法向振动速度云图可以确定机体上主要的辐射噪声部位,另外辅助以有限元分析得到的振动形态,就可以为工程技术人员提供对机体结构进行低噪声改进的有利信息.图5 机体结构表面辐射的声功率级曲线F i g .5 Sound po w er leve l curve of eng ine body surface radiation图6 机体表面法向振动速度云图F ig .6 V ertica l v i bra ti on ve locity nephog ra m o f eng i ne body6 结 论结合与潍柴动力合作进行发动机低噪声改进的项目,对机体振动噪声预测方法进行了研究,提出了一种既高效又满足一定精度的多体动力学-有限元法-声学分析法相结合的集成预测方法,详细介绍了各步骤的分析过程.通过与试验数据的比较,证明该预测方法具有较高的预测精度.另外简要介绍了对预测数据的分析方法,从而可以应用该方法有效的指导发动机机体的低噪声改进设计.参考文献(R eferences)[1] 贾维新,郝志勇,杨金才.6108G 型柴油机机体虚拟改进设计及性能预测[J].内燃机工程,2005,26(3):16-19.(下转第217页)第3期 陈雪梅等:驾驶员制动速度与生理反应的混合效应模型21751.0048.模型总体估计值的误差变动为21.7984.由此可知,车距障碍物距离对最大制动踏板速度的影响作用大于行车速度的影响作用.4 结 论综合考虑初始设定分别为40,50,60,70m的车距障碍物距离,40,50,60,70,75km/h的行驶车速等因素,建立混合效应模型.对同时受行车环境影响、且二者之间存在关联的制动速度与生理反应关系进行分析,为进一步分析紧急状况下驾驶行为寻求新的方法.参考文献(R eferences)[1] Satoru T sutsu,i T akash i Y oneka w a.D ri ve r s character-istics o f avo idance m aneuver[R].T oy ota T echnical R e-vie w,1995,45(1):57-61.[2] T suyo shiM oriya m a,T akash i Y oneka w a.A study o f e-me rgency m aneuve rability[R].T oyo t a T echn icalR evie w,1995,45(1):49-55.[3] 陈雪梅,高 利,王素欣,等.基于行驶避撞紧急度的车辆运动模糊控制[J].江苏大学学报:自然科学版,2006,27(6):497-500.C HEN X ue-m e,i GAO L,i W ANG Su-x i n,et a.l Fuzzycontro l on veh icle m o tion based on avo i dance urgent de-g ree[J].Journal 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