柴油机机体模态分析与试验验证.pdf

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1、第2期2014年4月内燃机InternalCombustionEnginesNo．2气¨2014柴油机机体模态分析与试验验证苏志兵。黄豪中。王雪强，曾志星，杨如枝(广西大学机械工程学院，广西南宁530004)摘要：建立某直列四缸柴油机机体三维模型，对其进行自由模态有限元分析，并提取前5阶机体的固有频率及对应的振型，分析机体各频率范围内的振动规律和抗振薄弱区。为了验证有限元分析模型的准确性，对机体进行自由悬挂试验模态分析。对比结果表明，计算和试验的低阶振型基本一致，固有频率最大相对误差为6．3％，说明有限元模型具有较高的精度，可以作为后续优化和动力学分析之用。关键词：柴油机；有限

2、元；模态分析；试验模态分析中图分类号：TK427文献标识码：B文章编号：1000—6494(2014)02—0033—04ModalAnalysisandExperimentalVerificationforaCylinderBlockofDieselEngineSUZhibing，HUANGHaozhong，WANGXueqiang，ZENGZhixing，YANGRuzhi，(SchoolofMechanicalEngineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)Abstract：Inthispaper，a3Dmodelofa

3、nin—linefour—cylinderdieselen百neblockwasestablished．ThefreemodalanalysisoftheblockwascarriedoutwithFEMmethod．Thefirstfivenaturalfrequeneyandcorrespondingmodeshapeoftheblockwerepresented．Thevibrationruleandantivibrationweakareawerediscussed．Afree-freemodaltestwasconductedtoprovethemodelaccura

4、cy．ComparisonshowsthattheresultsofFEMcalculationareingoodagreementwiththoseoftesting．Thebiggestrelativeerrorofnaturalfrequencyis6_3％．Thefiniteelementmodelisaccurateandcanbeusedforfutureoptimizationanddynamicanalysis．Keywords：dieselengine；FEM；ModalAnalysis；experimentalModalAnalysis0前言在能源和环境的双

5、重压力下，为降低燃油消耗，发动机向着高速、轻量化方向发展。但在减轻各类零部件质量的同时，要考虑到振动与噪声的问题，以满足人们对汽车NVH越来越高的要求。机体是内燃机的骨架，各种原始的和诱发的二次激振力，都以不同形式最终作用在机体上，引起机体以及装在机体上的各种零部件的复杂振动并产生噪声辐射。有文献统计，由于机体表面以及油底壳振动引起的噪声占发动机噪声55％左右”·21。而在一定的激励下，发动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，结构的动态特性不仅影响基金项目：广西自然科学基金资助项目(2012GXNSFAA053206)作者简介：苏志兵(1989一)，男，福建泉州

6、人，硕士研究生，主要研究方向为内燃机噪声与振动控制。收稿日期：2013—09—09内燃机的振动和噪声，同时也影响着内燃机的可靠性和耐久性91。因此，我们运用有限元模态分析和试验模态分析相结合的方法对某四缸发动机机体的动态特性进行了研究。1有限元模态分析1．1机体几何模型由于机体是一个比较复杂的箱式零件，而有限元软件ANSYS本身的建模能力有限。因此，我们采用专业的三维建模软件Pro／Engineer对机体建模，然后，用Hypermesh软件对模型进行网格划分。Hypermesh是一个高效的有限元前后处理器，具有强大的网格划分功能，能够建立各种复杂模型的有限元和有限差分模型，与多

7、种CAD和CAE软件有良好的接口H1。最后，将划分好网格的模型导人ANSYS软件来进行计算分析。运用Pro／Engineer软件对机体建模时，忽略了一些小的倒角和过渡圆弧，忽略了6mm以下的小内燃机2014年4月孔，如齿轮室、水泵等的螺栓孔、光孔代替螺纹孑L[5-710没有考虑曲轴轴承盖，建好的模型见图1，与实际机体很相近。1．2机体有限元模型将建好的模型另存为IGES格式并导人到Hypermesh软件中。实际机体铸造用的材料是HT300，故划分网格时，定义材料参数密度为7．3x10。kg／