邓晓龙[1]2004年在《内燃机主要部件结构噪声预测及优化控制研究》文中研究指明内燃机结构噪声控制的研究是振动与噪声控制领域的一个重要的研究方向。本文以玉柴机器股份有限公司的YC6108柴油机为具体研究对象,对结构噪声预测与优化控制开展了深入的研究工作。主要工作包括:噪声预测边界元方法的研究;发动机主要部件的实体模型的建立、振动有限元建模的研究,发动机组合结构的振动有限元建模、声边界元建模的研究;主要部件及组合结构的有限元和试验模态分析;组合结构的振动谐响应分析和辐射噪声预测;基于边界元方法的结构参数声敏感度分析方法研究,结构的固有频率的敏感度分析以及声敏感度分析;适合于噪声优化控制问题的并行复合遗传算法的研究,发动机的油底壳加强板位置和长度的噪声最小化设计。论文首先对前人在发动机振动与噪声控制研究方面的成果作了概述,明确了本文研究工作的重点和需要解决的主要问题。为了缩短噪声预测的时间,解决噪声优化控制存在的实际困难,通过对噪声辐射理论的研究,采用Helmholtz方程的集总参数模型来加快边界元法的速度,得到了该方法的计算公式,在保证边界元法精度的基础上,计算时间大大缩短。建立了6108型发动机的机体、缸盖、油底壳的实体模型、振动有限元模型,并进行了有限元模态分析与试验模态分析,分析结果表明,所建立的有限元模型具有相当的精度,可以作为后续研究的基础模型。通过对机体、缸盖、油底壳的模态分析,掌握了它们的振动特性,为结构的减振降噪提供了指导。研究得知,机体的裙部,特别是进气侧的裙部,是整个机体的刚度最薄弱的地方,进行结构改进时,对该部分加以特别的关注可能会有更好的效果。在有限元模型的建立过程中,研究了不同的网格密度下,机体的固有频率变化情况,确定了一种合适的网格密度。建立了机体-缸盖、机体-油底壳、机体-缸盖-油底壳三种组合结构的有限元模型,并重点对比了不同的位移耦合模式下的组合结构的振动模态的差别。在机体、缸盖、油底壳三种部件中,缸盖的刚度最大,机体次之,而油底壳的刚度最小,组合结构的振动模态以最薄弱的结构的局部模态为主。以上研究为结构的改进提供了方向。在分析发动机的激励之后,确定了三种激励作用的位置、大小、相位、激励<WP=4>在有限元模型中的施加方式等。然后对组合结构施加这些激励,进行了谐响应分析,在将有限元的数据转换到边界元模型后,进行了噪声预测。通过对油底壳的噪声辐射的计算和试验测试,计算结果和试验结果相差不大,说明边界元等算法是可靠的。推导了预测噪声所采用的集总参数BEM方法的声学敏感度分析的公式。研究表明,对于集总参数模型的边界元方法而言,采用重计算方法求噪声敏感度是合适的。分析了机体的固有频率对5个参数的敏感度,油底壳的固有频率对4个参数的敏感度,最后分析了机体和油底壳的一些参数变化对机体-缸盖-油底壳组合结构的固有频率和辐射噪声功率的影响。敏感度分析为结构的修改指明了方向。机体的裙部进气侧、机体下部的横隔板、油底壳的整个板厚、油底壳法兰的板厚等是影响比较大的参数。论文开展了实际结构的噪声优化控制的研究。针对噪声优化控制问题,提出并实践了一种改进的并行复合遗传算法。在突破了噪声最小化中过程中有限元模型的重构、多频激励下计算速度慢等瓶颈后,进行了发动机油底壳加强板的优化设计。优化后的结构,其辐射噪声大大降低。
徐中明, 余烽, 汪先国, 邱兆强, 史方圆[2]2011年在《全地形车车架挂发动机结构动态特性建模方法》文中研究说明全地形车车架挂发动机的结构动态特性好坏很大程度上决定其整车振动舒适性及可靠性,但目前针对车架弹性挂发动机的有限元建模没有一种简单、有效且通用的方法。通过对多款车架弹性挂发动机结构动态特性的计算和实验分析,提出了全地形车车架弹性挂发动机结构的一种简单且具有通用性的有限元建模方法——把发动机简化为质心、质量、转动惯量与发动机均相同的长方体,并网格化,通过SPRING单元将发动机与建立在车架上的MPC单元连接来模拟车架弹性挂发动机的状态。考虑到全地形车行驶中,发动机弹性悬置件刚度在各种工况下会发生非线性变化,分析了所提建模方法在悬置件刚度变化情况下对车架弹性挂发动机结构动态特性分析结果的影响。结果表明所提出的车架弹性挂发动机有限元建模方法仍然可以保证对其结构动态特性的分析在工程参考要求范围内。该建模方法对于弹性挂发动机全地形车的设计和开发具有简易性和通用性,可在产品设计和改型阶段就能了解车架弹性挂发动机结构的动态特性。
魏凯[3]2007年在《基于虚拟分析的摩托车整车振动预测及减振研究》文中研究表明摩托车振动问题是影响摩托车骑乘舒适性、操纵稳定性和行驶安全性的重要因素。对摩托车振动问题的研究属于摩托车整车动态特性研究领域,这正是当前国际和国内摩托车技术发展的方向。本课题是某品牌200型摩托车整车振动分析与控制工作的一个组成部分,通过本课题的研究,试图探索出一条系统的摩托车整车建模和基于有限元模型的振动预测、控制的方法,实现在摩托车设计阶段对其振动进行分析和控制的目的。对摩托车振动的虚拟分析而言,关键因素是建立一个有效、准确的虚拟模型,为此本文分析了国内外研究成果,采用基于有限元法的摩托车整车建模方法;为了保证模型的有效性和准确性,从车架建模到整车建模的各个阶段中,不但细致分析了关键部件的建模方法,而且还采用了通过试验来验证虚拟模型的手段。本文研究了摩托车重要振源--发动机的动力学特性,阐明了摩托车发动机对整车振动激励的原理;进行了发动机减振方法的研究,给出了平衡发动机一阶往复惯性力的正反转轮系平衡法。并通过试验测量,验证了方法的有效性。在试验中还测量了发动机的激振力,作为整车有限元分析中激励加载的依据。通过车架计算模态分析与试验模态分析的对照,了解了车架固有频率和模态振型;通过对整车模型的模态分析和稳态谐响应分析,得到了从激励源到各个振动输出位置的振动传递特性;通过模拟发动机一阶、二阶激振力对整车模型的激励,对影响骑乘舒适性的关键位置进行了振动预测,并与厂家对原型车的主观骑乘感受相印证。应用整车有限元模型进行模拟分析,对摩托车进行了减振措施的研究,包括发动机弹性悬挂减振和摩托车结构修改减振,经过灵敏度分析、比较,提出了最有效的减振方案。经过原型车修改后的实验证明,该方案可行。最后,模拟路面不平度对摩托车激励,对整车模型进行了功率谱密度分析,并分析了其对乘坐舒适性的响应。
王鑫[4]2007年在《高负荷下柴油机结构噪声预测及控制技术研究》文中提出本论文的研究具体以CY4102BG型柴油机为研究对象，主要利用有限元法和边界元法对柴油机在高负荷工况下的振动及辐射噪声特性进行数值预测和结构改进设计。本文首先建立了柴油机缸盖、机体、油底壳部件及组合实体模型和有限元模型，分别进行了模态分析，掌握了它们的振动特性，为结构的减振降噪提供指导。再通过GT-POWER软件模拟出高负荷工况下的气缸压力曲线，并根据内燃机动力学确定出燃烧激励力，活塞敲击力和主轴承负荷等主要激振力，通过有限元分析软件ANSYS进行一个工作循环时间的瞬态动力分析，获得其表面的振动响应结果，并分别对组件的不同位置处的节点振动情况进行了分析。然后建立了柴油机封闭的边界元模型，并通过APDL编写的有限元谱分析程序，把瞬态响应分析得到的组件表面节点随时间变化的振动位移转化成表面节点随频率变化的振动位移数据，利用几何插值方法从有限元分析得到的节点振动位移计算出边界元模型的节点振动位移，完成了FEM／BEM数据传递，并将其作为边界元模型的边界条件。通过柴油机的声谱分析，得到了柴油机表面具有代表性节点的辐射声压级频谱，从频谱图中可以得出柴油机各部位表面声压级各频率下的分布情况。又根据实际情况，建立了半消声室模型，通过辐射噪声计算，得到了柴油机表面辐射声功率谱和声场的辐射声功率谱，找到了峰值频率点，确定了对辐射噪声贡献较大的频率，并且根据峰值频率的噪声声压级云图，确定了柴油机的高噪声区域。最后针对噪声预测结果，提出了柴油机结构噪声控制的改进设计方案。采用了阻尼技术对油底壳进行了辐射噪声的影响分析和考察了在机体和油底壳之间安装加强板结构对柴油机结构辐射噪声的影响。
吴志鹏[5]2007年在《汽油机结构模态及静强度分析研究》文中提出本文以洛阳北方企业集团公司LJ750摩托车产品开发与研究为例,基于HyperWorks软件,对LJ377MV汽油机的几个主要构件及其组合结构进行数值模态分析,并对这些构件中应力可能过大的部件进行静强度校核分析。首先阐述了静力学、动力学的有限元方法以及模态分析的基本原理,讲述了有限元分析精度的影响因素和提高精度的措施;其次把曲轴箱上下两个部分当成一个整体进行四种不同网格密度下数值模态分析,得出了合理的有限元分析模型,并用相同的网格密度对缸盖和缸体进行建模和数值模态分析,得到了发动机几个主要部件的动态特性;再次,进行了三种基于组合面节点自由度耦合的曲轴箱上下两部分组合结构的数值模态分析,得出在三种方式下的结果非常接近,并进行对比分析;然后在几个主要部件有限元模型的基础上,基于三种耦合方式中的一种耦合方式,建立整个发动机组合结构的有限元模型,进行了在无约束状态下的自由模态分析和根据发动机实际安装情况的约束模态分析,得出了整个发动机组合结构在这两种情况下的动态特性,并对两种结果进行了对比分析。最后根据相关研究,在这个主要部件中选择最可能应力过大的部件进行了在预紧力作用、一缸爆发和二缸爆发时的静强度校核分析,结果表明该部件的设计从强度上考虑是合理的。
陈玉杰[6]2007年在《客车车身骨架有限元建模及优化分析》文中进行了进一步梳理有限元分析是现代工程设计中一种快捷、有效的辅助工具。在汽车结构设计中,它对提高汽车动、静态性能和优化车身、车架结构设计,缩短新车开发周期,节约开发费用,均具有重要意义。将有限元技术应用于客车车身的结构分析,提出改进意见,使结构能够满足强度和刚度要求,己经成为车身设计的重要组成部分。随着计算机及其技术的发展,各种大型有限元软件,如ANSYS,NASTRAN,PARTRAN等纷纷推出,有限元技术广泛被应用于车身结构的静动态特性分析和模态分析等领域。实践证明,利用有限元法对客车车身骨架结构进行分析是有效的,可进行静动态分析,并对结构的承载特性和振动特性进行评价,充分认识其强度和固有振型,了解车身可能会有的应力和变形情况。以某型国产客车为例,在工程图纸的基础上,首先利用ANSYS软件建立了全车骨架结构的几何模型。然后利用梁单元,建立了供强度计算的有限元模型并进行了简化。在有限元模型的建立过程中,不但考虑了边界条件的处理与简化,还考虑了骨架结构以及作用在其上的载荷的处理方法。结合客车在实际运行中出现的四种典型工况,如直线匀速行驶,路面高低不平出现单轮瞬间悬空,紧急制动及急速转弯等工况,详尽地进行了车身骨架结构的强度计算。然后计算了客车骨架的自由振动模态,研究了如何使用ANSYS软件进行客车车身结构的模态分析,获得了车身的固有频率及相应的振型,为车身结构的改进设计做出了有益的尝试。优化设计是本文研究的另一个方面。汽车优化不仅可以节省材料,而且有利于提高整车的动力性和经济性并减少排放。本文优化设计是在进行车身骨架强度和动态(模态)CAE分析及静动强度态试验基础上,并结合相关研究及工程实践经验,提出结构优化方案。按照此方案,车身骨架共减轻273kg,达到减重5%以上的目标。CAE分析表明,优化后的车身骨架应力分布没有较大的变化,强度满足要求。计算结果表明,文中建立的有限元模型是合理的,分析是正确的,所得结果可直接用于指导客车设计的改进和性能评价。
王振宇[7]2015年在《车身结构自由阻尼层优化与局部振动控制》文中研究指明随着科学技术的飞速发展，汽车的性能得到全面提高，汽车的乘坐舒适性也已经越来越受到人们的重视。汽车的振动噪声情况是影响乘坐舒适性的重要因素，在汽车高速化，轻量化发展的同时，有效控制汽车振动噪声水平是目前汽车技术的重要研究方向。车身结构振动是车内低频噪声的主要来源。因此，对车身结构振动特性的分析和控制十分关键。本文以某轿车为研究对象，对车身结构的振动特性进行了分析，研究了阻尼复合结构的建模方法和振动特性，基于综合模态应变能法对车身自由阻尼层的涂贴位置以及选材进行了分析与优化，有效控制了车身板件的振动。通过对后风挡玻璃上横梁结构的改进增加了结构刚度，控制了车身的局部振动。建立了白车身结构的有限元模型并进行了模态分析，通过白车身模态试验验证了模型的准确性，进一步建立了封闭车身有限元模型并进行了模态分析。论述了粘弹性阻尼材料特性，阻尼复合结构的有限元建模方法和动力学特性分析方法。采用直接频率响应法考虑了在强迫振动响应分析中粘弹性阻尼材料的频变特性，对比了粘弹性阻尼材料取频变参数以及常参数时的频率响应计算结果，采用模态应变能法计算了阻尼复合结构的模态损耗因子。计算了车身主要板件的模态应变能，基于综合模态应变能的分布对车身自由阻尼层的敷设位置进行了优化，根据板件模态应变能的频率变化确定了特征频率范围并以此为依据确定了阻尼材料的类型。进行了实车道路试验，测量了在各个工况下后风挡玻璃上横梁的振动加速度。对横梁的结构进行了改进，增强了结构的刚度，使白车身局部模态数减少，并在局部模态的振幅上有所降低。通过以上的优化和改进措施，使车身承受发动机三点悬置单位力激励下的顶板加速度响应均值降低为原方案的40%。
张永斌[8]2017年在《汽油机振动分析及辐射噪声预测研究》文中认为发动机作为车辆主要的动力系统,振动与噪声相关问题的重视度逐渐提高。在发动机研发设计阶段,能对结构进行振动特性及辐射噪声评估分析并进行相关的优化设计,对于提升发动机产品力具有重要意义。本文以某三缸汽油机为研究对象,在国内外关于发动机振动与噪声的研究基础之上,基于多体动力学理论研究分析了发动机的激励载荷以及在载荷作用下的振动特性,采用声学边界元法对辐射噪声进行了预测分析,并与试验进行了对比验证,为结构优化设计提供了依据。建立了发动机各零部件的有限元模型,根据不同的接触面考虑实际情况采用接触面绑定或节点共享的方式使各有限元模型组合成整机模型,使得整机有限元模型更能反映发动机实际装配状态。对主要零部件及整机进行了模态分析,掌握了整机及主要零部件在受到激励后的能量分布情况。将有限元模态参数与模态试验数据进行了对比,验证了模型准确、合理,计算精度良好。基于GUYAN缩减法对有限元模型进行了主自由度缩减,并建立了整机及子结构的多体动力学模型,获得了发动机在不同转速下的主要激励载荷,并得到了在激励载荷作用下的发动机表面振动速度,分析了发动机振动特性。计算得到的整机结构动态响应为结构辐射噪声计算提供了边界条件。建立了发动机整机声学模型,基于Maximum Distance插值法将整机结构表面振动速度映射在声学模型上,采用声学边界方法预测了发动机结构表面辐射噪声,分析了不同转速下的表面声压分布情况,得出发动机油底壳、正时盖罩以及缸盖罩等薄壁件是主要噪声源,并且在每个峰值频段对发动机噪声都有较大贡献量。通过声学边界法预测的辐射声功率与试验数据对比,表明了声学边界元模型合理,计算结果可靠,为发动机声学优化设计提供了参考依据。
李昌龙[9]2017年在《汽车发动机前端附件轮系有限元建模研究》文中研究表明本文对自动张紧多楔带传动轮系进行有限元建模研究,运用实验手段对模型进行逐步验证,建立起完整带传动系统的有限元模型。并以自行搭建的5-轮带传动轮系为对象,研究了张紧装置关键参数对系统动态特性的影响规律,并以优化的刚度和阻尼重新对张紧装置进行结构设计。主要研究内容与结论如下:(1)对某汽车发动机前端附件轮系的张紧装置进行结构分析,建立其扭矩-转角的数学模型并对该数学模型进行简化,基于简化数学模型对复杂张紧装置进行结构简化并建立其简化的张紧装置有限元模型并对该模型进行了外加载状态下的瞬态分析,结果表明:有限元简化模型阻尼和刚度解耦后的参数调试简便快捷;仿真计算数据与实验数据吻合良好;简化模型网格数量减少,大大提升了计算效率。(2)基于橡胶的粘超弹性本构模型对多楔带进行有限元建模研究。对多楔带有限元模型进行拉伸瞬态分析,结果表明,多楔带的拉伸-位移数据与实验数据吻合良好。(3)设计、搭建、并调试了运行稳定的5-轮自动张紧多楔带传动试验台,测试了一定转速一定负载下的主从动轮转速、带的截面张力、带段的横向振动。并基于该试验台轮系建立了5-轮多楔带传动有限元模型,并进行了瞬态分析,仿真结果表明滑移率、带段的截面张力和带段的横向振动与实验数据吻合良好,所建立的带轮传动模型得到验证。(4)基于(3)所建立的5-轮自动张紧多楔带传动有限元模型,分析简化张紧装置的刚度和阻尼对系统横向振动的影响规律,结果表明:带段的横向振动随着刚度的增加呈现先减小后缓慢增加的趋势,并在原刚度的1.039倍处取得最小值;带段的横向振动随着阻尼的增加呈现先减小后增加的趋势,并在原阻尼的1.408倍处取得最小值;(5)基于对张紧装置刚度和阻尼的优化结果,重新对张紧装置进行结构设计,并建立新张紧装置的有限元模型,进行外载荷下的瞬态分析,仿真计算数据表明,新张装置的刚度与阻尼与设计值吻合良好,对张紧装置的结构设计可行。
陈达亮[10]2004年在《基于虚拟技术的柴油机机体等强度轻型化设计研究》文中研究说明内燃机零部件的轻量化,无论从降低成本还是节约能源的角度而言,都是人们不断追求的目标。我国单缸柴油机领域由于技术基础比较薄弱,对这一需求更加强烈。近年来原材料市场价格的不断上扬,使得单缸柴油机企业难堪重负,原有的技术薄弱点显得更加突出,已无法适应快速变化的市场需求。因此,单缸柴油机领域亟待需要建立一个全新的现代设计模式,以取代传统的基于经验的产品开发和改进设计模式。本文在这一背景下,以S1100型单缸柴油机机体为研究对象,基于现代设计理论和方法对该机体的等强度轻型化设计进行了详细研究。本文首先阐述了现代设计理论和方法在内燃机领域的应用,指出了虚拟设计将是内燃机现代设计的方向。为了了解轻型化设计对整机动态特性的影响,本文对减重优化设计前后的S1100型柴油机整机振动进行了研究,获得了典型工况下的整机振动频谱特性和整机振动烈度值,为轻型化设计提供了评价根据。基于现代设计理论和方法中的参数化实体建模技术和有限元分析技术,本文以S1100型柴油机机体为例,建立了一个完整的内燃机零部件等强度轻型化设计平台。其中包括S1100型柴油机机体三维实体模型的建立,机体三维有限元模型的建立,基于有限元模态和强度分析结果的机体等强度结构优化设计,以及最终优化方案的虚拟实验考核和物理样机实测分析。本文提出了一套几何模型简化原则,有效地解决了三维详细实体模型同三维有限元模型之间的转换问题;采用试验模态分析方法快速、有效地对有限元模型的正确性进行了验证;尝试运用等强度设计原则对机体进行轻型化设计,并取得了显著的减重效果。依据本文提出的现代设计模式:虚拟设计——虚拟实验——物理样机,对S1100型柴油机机体进行了等强度轻型化设计,使得原机体减重18%,物理样机一次试制成功,并通过了厂家200小时可靠性实验。实验考核显示改进后机体强度和动态特性皆优于原设计,由此证实了该设计模式的可行性和可靠性。S1100型柴油机机体等强度轻型化设计过程说明,上述现代设计模式大大降低了开发成本,缩短了开发周期,提高了产品的质量,解决了单缸柴油机领域面临亟待解决的问题,对我国内燃机结构设计具有一定的工程参考价值。
参考文献：
[1]. 内燃机主要部件结构噪声预测及优化控制研究[D]. 邓晓龙. 华中科技大学. 2004
[2]. 全地形车车架挂发动机结构动态特性建模方法[J]. 徐中明, 余烽, 汪先国, 邱兆强, 史方圆. 振动与冲击. 2011
[3]. 基于虚拟分析的摩托车整车振动预测及减振研究[D]. 魏凯. 天津大学. 2007
[4]. 高负荷下柴油机结构噪声预测及控制技术研究[D]. 王鑫. 哈尔滨工程大学. 2007
[5]. 汽油机结构模态及静强度分析研究[D]. 吴志鹏. 华中科技大学. 2007
[6]. 客车车身骨架有限元建模及优化分析[D]. 陈玉杰. 合肥工业大学. 2007
[7]. 车身结构自由阻尼层优化与局部振动控制[D]. 王振宇. 吉林大学. 2015
[8]. 汽油机振动分析及辐射噪声预测研究[D]. 张永斌. 吉林大学. 2017
[9]. 汽车发动机前端附件轮系有限元建模研究[D]. 李昌龙. 重庆大学. 2017
[10]. 基于虚拟技术的柴油机机体等强度轻型化设计研究[D]. 陈达亮. 天津大学. 2004
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