柴油机机体有限元模态分析.pdf

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1、CAD／CAE／CAPP／CAM现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2016年第9期柴油机机体有限元模态分析+白颖1，张洪栋2(1常州机电职业技术学院，常州213164；2河海大学机电工程学院，常州213002)摘要：根据柴油机机体的结构特点，建立了其简化的实体模型，利用HyperMesh软件进行了机体的有限元网格的划分。运用有限元软件ANSYS对机体有限元模型进行自由模态与约束模态的求解，得到了要求的各阶固有频率和相应振型特征，进而提出了合理的改进方案，并应用于4G33T型柴油机产品开发，效果良好。关键词：柴油机机体；有限元；模态分

2、析；振型中图分类号：TK421．6文献标志码：A文章编号：167l—3133(2016)09—0085—06DOI：10．16731／i．cnki．1671—3133．2016．09．017FiniteelementmodalanalysisfordieselengineblockBaiYin91，ZhangHongdon92(1ChangzhouInstituteofMeehatronicTechnology，Changzhou213164，Jiangsu，China；2CoHegeofMechanicalandElectricalEngineering，HohaiUn

3、iversity，Changzhou213022，Jiangsu，China)Abstract：Accordingtothestructureofdieselengine，foundedthesimplifiedfiniteelementmodel，andmeshedtheengineblockbyusingHyperMeshsoftware．Onthebasisofthefiniteelementmodel，workedoutthefreemodalandconstrantmodalbyusingANSYSsoftware，obtainedthe15ranknatura

4、lfrequencyandvibration，andgavesomeusefulsuggestiontoimproving．Keywords：cylinderblock；finiteelement；modalanalysi8；nappingtype0引言柴油机在各种动力装置中具有功率范围大、维修方便、使用寿命长和工作可靠等优点，在国民经济和国防建设的各个方面都具有广泛的应用。在对内燃机的动力性能要求13益提高的同时与振动和噪声有关的问题也受到更多的关注。剧烈的振动不仅会产生严重的噪声问题，更有甚者会因剧烈的振动而引起零／部件的强度不足或者疲劳破坏。为使机体不至于严重变形，

5、确保机体在工作状况下刚度足够，对机体有限元模型进行模态分析，获得机体各部分的振动特性规律，为抑制柴油机过度振动、改进机体结构提供依据‘1

6、。1基于HyperMesh的机体有限元模型的建立由于机体的结构复杂，即使对结构做了适当的简化之后还是存在数目众多的面，虽然在几何清理的过程中将一些特征线进行了压缩也还是未能改变面数目过多的状况，这给网格的划分提出了很高的要求。由于机体内结构复杂，气缸体与外轮廓之间形成空腔，在进行面网格的划分时如果直接将所有的面都放在一个component内，将无法对空腔内表面进行网格划分，网格划分之前要将实体模型的面分别放置在两个component内(

7、一个component放置实体模型的外层面，另一个component放置实体模型的内层面)，以便于网格的划分。该型号柴油机机体材料为HT300，弹性模量E=1．43×1011N／m2，泊松比肛=0．27，密度P=7300kg／m3。考虑到机体的尺寸，将网格的基本尺寸定为6ram，这样既能比较真实地模拟真实的机体结构特性，又能兼顾计算时的效率和硬件的计算能力。本文选用了solidl87单元划分体网格，最终的有限元模型共划分了287562个单元和476543个节点。划分结果如图1所示。+国家自然科学基金项目(51175146)；中央高校基本科研业务费项目(2012814014

8、)852016年第9期现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)图1柴油机机体有限元模型2柴油机机体模态分析理论柴油机机体模态分析最核心的内容是通过计算确定用来表达结构系统动力学特性的各阶固有频率、阻尼比和各阶振型等模态参数数据，因此可以将柴油机机体整体结构近似看作一个线性的系统，位移和外部载荷都可看作是时间的常数【2J。通过分析得知阻尼力和速度成正比例关系、惯性力和加速度成正比例关系，依据D’Alembert’Sprinciple得到机体的动力学方程式为：[M]{r}+[C]{x’}+[K]