柴油机喷油器振动的有限元及声辐射分析研究

论文摘要

车辆发动机振动与噪声控制的研究是振动噪声控制领域的一个重要的研究方向。本文使用有限元法对柴油机喷油器的振动进行了计算和预测,应用边界元法进行了流固耦合的声辐射预测分析,在此基础上对喷油器的结构做了简单的优化改进,通过计算机的辅助模拟分析,证实改进后的结构达到降低喷油器振动辐射噪声的效果。全文共分五个部分:第一部分建立喷油器结构的有限元模型。本文首先将喷油器的结构进行适当简化,利用软件UGNX建立了喷油器的三维实体模型,然后导入ANSYS Workbench中,采用六面体类型的单元对模型进行网格划分。第二部分在ANSYS Workbench中对喷油器进行模态分析,取前十二阶的固有模态,得出固有频率和振型等模态参数。然后取柴油机标定工况下(2400转/分时),喷油器的喷射频率20次/秒,以及喷射压力为40MPa作为载荷条件,施加到有限元模型上,使用谐响应分析计算得到喷油器表面振动的最大位移响应函数曲线、各固有频率点处的变形及应力分布图。模态分析结果和谐响应分析计算结果将作为下一部分声学分析的边界条件。第三部分喷油器的声辐射分析及声场分布预测。建立流固耦合的结构分析,对喷油器结构耦件FEM设置初始条件及材料常数等预处理,计算结构模态(或导入外部的计算结果);然后再进行流体的加载,参数设定,并计算流体的声模态;再建立固体模型和流体模型的耦合连接,设定分析参数,最后进行分析求解。提取需要的计算结果,就可以绘制响应函数曲线,得到预测的声压云纹图。它能够更好地显示出载荷对喷油压力的作用以及流体对结构件的影响,从而给人以更直观的认识。第四部分对喷油器的载荷参数进行改进和调整,计算改变喷油压力为60MPa、80MPa情况下的振动响应,为改进的喷油器结构,降低振动提供依据。第五部分用CAD优化喷油器的模型结构,用CAS进行谐响应分析,结果证实达到降低振动的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 噪声的危害
• 1.1.1 汽车噪声现状
• 1.1.2 发动机的噪声
• 1.1.3 降低喷油噪声的意义
• 1.2 振动噪声的研究方法
• 1.2.1 试验分析法
• 1.2.2 数值分析法
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 国外的研究状况
• 1.3.2 国内的研究情况
• 1.4 本文的主要内容及意义
• 第二章 喷油器建模及有限元基础理论
• 2.1 三维建模软件
• 2.1.1 喷油器建模
• 2.1.2 UG 与ANSYS Workbench 的接口
• 2.2 有限元分析的基本理论
• 2.2.1 网格单元的选择
• 2.2.2 网格划分
• 第三章 模态分析及谐响应分析
• 3.1 模态分析基本理论
• 3.1.1 模态分析有限元方程
• 3.1.2 模态分析
• 3.2 谐响应分析
• 3.2.1 谐响应分析基础
• 3.2.2 计算的结果
• 3.3 结论
• 第四章 流固模型耦合及声辐射分析
• 4.1 流固耦合模型
• 4.1.1 流固耦合基础知识
• 4.1.2 振动响应的流固藕合求解原理
• 4.1.3 喷油器的流固耦合分析
• 4.2 声辐射分析
• 4.2.1 声学基础-声学方程
• 4.2.2 耦合模型声场分析
• 第五章 喷油压力参数改变的分析
• 5.1 喷油压力变化对喷油器的影响
• 5.2 压力改变后的谐响应分析
• 5.2.1 喷油压力为60MPa 时的喷油器的谐响应分析
• 5.2.2 喷油压力为80MPa 时的喷油器的谐响应分析
• 5.3 结论
• 第六章 修改喷油器结构的分析
• 6.1 修改喷油器结构
• 6.2 新喷油器结构的分析
• 6.2.1 模态分析
• 6.2.2 谐响应分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文