高负荷下柴油机结构噪声预测及控制技术研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2柴油机结构噪声产生的机理和影响因素

1.3柴油机结构噪声预测技术发展概况

1.4本文的主要工作内容

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机械结构动态特性分析理论

2.2机械结构声辐射边界元法

2.3本章小结

第3章柴油机有限元建模及模态分析

3.1机体的有限元建模与模态分析

3.1.1机体实体模型的建立

3.1.2机体有限元模性的建立

3.1.3机体有限元模态分析

3.1.4机体模态试验结果与有限元计算结果对比分析

3.2缸盖的有限元建模及模态分析

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及模态分析

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柴油机组合结构有限元建模与模态分析

3.4.1组合结构有限元模型的建立

3.4.2组合结构有限元模态分析

3.5本章小结

第4章柴油机瞬态响应分析

4.1柴油机的载荷工况计算

4.1.1气缸燃烧压力计算

4.1.2主轴承载荷计算

4.1.3活塞敲击力计算

4.2载荷的施加

4.2.1气缸燃烧压力的施加

4.2.2主轴承载荷的施加

4.2.3活塞敲击力的施加

4.3边界条件的确定

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边界元模型的建立

5.2边界条件的确定

5.3结构辐射噪声计算结果分析

5.3.1柴油机的声谱分析

5.3.2半消声室模型的建立

5.3.3柴油机声功率计算分析

5.4本章小结

第6章柴油机低噪声结构改进设计

6.1柴油机低噪声结构改进设计方案

6.2采用阻尼技术对油底壳辐射噪声的影响分析

6.2.1结构阻尼对结构辐射噪声的影响

6.2.2复合阻尼钢板的结构及阻尼特性

6.2.3高阻尼复合钢板对油底壳辐射噪声的影响分析

6.3采用加强板结构对柴油机辐射噪声的影响分析

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢