柴油机声振特性及优化方法研究

论文摘要

柴油机声振特性的研究已经成为现代柴油机技术的一个重要研究方向,在设计阶段了解和掌握柴油机振动噪声性能,基于仿真模型进行整机振动响应分析和噪声预测,对确保柴油机产品满足日益严格的振动噪声要求,提高其产品竞争力,具有十分重要的意义。本文在国家自然科学基金“结构声辐射特性表达及优化方法研究”(51079118)支持下,利用有限元/边界元方法对6L16/24型柴油机的声振特性进行数值仿真,通过对其主要零部件的敏感度分析,对柴油机结构进行减振降噪改进设计。具体研究工作如下：(1)查阅了相关文献资料,分析了国内外柴油机振动噪声的研究现状,研究了机械振动与噪声预测的理论及方法,确定了利用有限元/边界元的方法对柴油机进行噪声预测。(2)建立了机体、气缸盖和油底壳三大固定件的实体模型和有限元模型,并分别进行了模态分析,同时考虑罩盖等薄壁零件,通过RBE2单元和MPC算法模拟各零部件之间的装配关系,建立了柴油机组合体结构的有限元模型,并对其进行了有限元模态分析,通过与其工作模态试验结果的对比,验证了柴油机组合体结构有限元模型的正确性,为柴油机振动噪声仿真计算提供了基础。(3)确定了柴油机的主要工作载荷：缸盖底部所受气体压力、缸套所受气体压力、主轴承作用力和活塞侧推力。通过设置瑞利阻尼系数来考虑系统阻尼的影响,利用ANSYS软件对柴油机组合体结构进行瞬态响应分析,得到其振动响应。(4)建立了柴油机的边界元模型,通过APDL编写的谱分析程序,将结构表面节点随时间变化的速度数据转化为表面节点随频率变化的速度数据,利用SYSNOISE软件进行结构辐射噪声的仿真计算。(5)采用模型重构的方法对柴油机罩盖结构进行了灵敏度分析,并对重构后的柴油机模型进行了瞬态响应分析和结构噪声的预测,结果表明,修改后柴油机结构表面振动幅值有所下降,空间场点的声强级也有所下降,达到了减振降噪的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 所选课题的题目及课题来源
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 现研究存在的问题
• 1.4 本论文的主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 解决的关键问题
• 1.5 本章小结
• 第2章 机械振动与噪声预测理论
• 2.1 机械振动的有限元法
• 2.1.1 模态分析理论
• 2.1.2 机械结构瞬态响应分析理论
• 2.2 机械结构声辐射边界元法
• 2.3 本章小结
• 第3章 柴油机有限元模型的建立及模态分析
• 3.1 机体的有限元建模与模态分析
• 3.1.1 机体有限元模型的建立
• 3.1.2 机体有限元模态分析
• 3.2 缸盖的有限元建模与模态分析
• 3.2.1 缸盖有限元模型的建立
• 3.2.2 缸盖有限元模态分析
• 3.3 油底壳的有限元建模与模态分析
• 3.3.1 油底壳有限元模型的建立
• 3.3.2 油底壳有限元模态分析
• 3.4 柴油机组合体结构的有限元建模与模态分析
• 3.4.1 组合体结构有限元模型的建立
• 3.4.2 组合体结构有限元模态分析
• 3.5 工作模态分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 柴油机瞬态响应分析
• 4.1 柴油机载荷计算及施加
• 4.1.1 缸盖底部所受气体压力
• 4.1.2 缸套所受气体压力
• 4.1.3 主轴承作用力
• 4.1.4 活塞侧推力
• 4.2 边界条件的确定
• 4.3 瞬态响应中阻尼的设置
• 4.4 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 柴油机结构噪声预测
• 5.1 分析模型的类型
• 5.2 柴油机边界元模型的建立
• 5.3 边界条件的确定
• 5.4 结构辐射噪声计算结果分析
• 5.4.1 表面声压及场点声强分布
• 5.4.2 空间场点声强频谱
• 5.4.3 辐射功率和辐射效率
• 5.5 本章小结
• 第6章 结构噪声灵敏度分析及优化研究
• 6.1 柴油机罩盖结构的灵敏度分析
• 6.2 柴油机结构噪声优化方法研究
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文