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中重型柴油机动特性分析和典型零部件辐射噪声研究

赵建  
【摘要】:降低发动机辐射噪声是降低整车噪声的重要组成部分。本文以某型号六缸柴油机为例,对其重要零部件动态特性和整机辐射噪声进行了系统研究,并得出了对工程实际有重要意义的结论。 本文分别利用试验模态分析技术和有限元模态分析技术,对所研究柴油机主要零部件进行了动态特性分析,获得了零部件的模态参数。利用模态置信准则(MAC)判断方法分析了缸体模态计算振型和试验振型的一致性,验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,利用商用有限元软件ABAQUS对缸体、缸盖、油底壳和飞轮壳进行了单件模态计算分析,并对它们的装配结构进行了约束模态分析。获得的整机约束振型表明油底壳局部模态在整机模态中占有很大比例。为此,本文针对油底壳进行了细致的优化研究分析。 油底壳作为整机重要的辐射噪声源,属于薄壁结构件,本文对其进行了系统的分析研究。首先,对油底壳进行了自由试验模态分析和模态计算研究,论证了有限元模型的可靠性。计算了约束状态下的油底壳模态,获得了约束状态下的模态参数。其次,利用直接法对其进行了表面振动研究。在计算获得的约束模态下,研究了其模态振型的特点,发现油底壳的侧壁是产生局部振动的主要位置。分别研究了影响油底壳辐射噪声的重要因素:结构刚度,结构阻尼,材料特性等。经过对油底壳拓扑优化(Topology)分析,获得了结构刚度较好的模型,该模型是变厚度的油底壳结构。通过改变油底壳的结构阻尼,分析了阻尼特性对其辐射噪声的影响。通过采用不同材料对比油底壳的辐射噪声结果。研究结果表明,经过优化后的油底壳有较低的辐射噪声。 本文对该发动机关键零部件的装配模型进行了约束状态下的模态分析,获得了整机的模态振型,分析了振型的特点,在1000Hz内油底壳的局部模态是整机的主要模态。利用试验测得的缸压载荷,然后对其时域内的缸压载荷进行了快速傅里叶(FFT)变换,得到了频域结果,把获得的频域结果作为表面振动分析的输入载荷,利用ABAQUS软件的直接法分析了整机结构响应。获得的整机表面振动结果作为整机辐射噪声研究的载荷输入。 本文针对优化前后的油底壳,利用ATV方法对整机进行了辐射噪声研究。结果表明优化后的油底壳获得了较小的低频辐射噪声,这为发动机整机降噪分析提供了借鉴。本文所采用的研究方法对工程实际有一定的参考价值。


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