基于代理模型的柴油机油底壳多目标优化

摘要

大功率柴油机具有工作负载大、连续运行时间长、工作环境的特点，一直以来，柴油机面临着在保证动力性和耐久性前提下如何降低其NVH的问题。非道路柴油机排放的第Ⅲ阶段规定实施的背景下，柴油机的减振降噪技术研究日渐引起重视。油底壳提供柴油机结构噪声辐射的25％，因此针对油底壳进行结构强度、轻量化和减震降噪的多目标优化，对我国柴油机的技术进步具有重要意义。
　　本文研究对象是某大功率直列六缸高压共轨柴油机。本文利用有限元和多体动力学的方法，建立了整机多体动力学模型。通过频率响应分析、模态分析和多体动力学分析的方法，进行了整机振动仿真研究。利用最优拉丁超立方方法构建代理模型，对油底壳的振动响应，强度，重量进行了优化，研究了不同设计加强筋方案下油底壳表面节点振动并分析了不同结构对油底壳振动的影响。主要研究分为三部分:
　　(1)整机耦合激励下的油底壳振动噪声分析
　　首先构建发动机整机多体动力学模型，进行十个以上连续循环模拟，分析油底壳的振动情况。将配气机构、曲柄连杆机构的激励作为输入条件，给予充分考虑。研究结果表明，发动机油底壳的振动主要多集中在500Hz以下的低频，与一般大型柴油机一致。发动机油底壳表面远离悬置点和螺栓固定点的位置振动更为激烈。该发动机油底壳的结构使得油底壳表面振动分布不均，发动机自由端方向的油底壳比飞轮端方向的振动更加剧烈。发动机的悬置刚度对发动机表面振动存在影响，大刚度悬置可以降低发动机表面振动。
　　(2)构建油底壳加强筋的分布参数模型
　　采用最优拉丁超立方的方法设计40组油底壳加强筋的分布方案，在相同的加强筋数量下，加强筋的高度和布置参数在规定范围内随机选择。随着油底壳加强筋高度增加，结构三阶到六阶模态增加。
　　(3)基于代理模型对油底壳进行多目标优化
　　利用最优拉丁超立方的方法设计得到的代理模型，构建了多目标优化函数。经过200步迭代，得到了符合预期的最优Pareto解。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 现阶段农用柴油机市场

1．1．2 柴油机振动噪声来源

1．2 发动机减震降噪的主要措施

1．3 国内外研究现状

1．3．1 内燃机减震降噪技术研究现状

1．3．2 代理模型的构建

1．3．3 优化理论

1．4 本文主要内容

第2章 整机多体动力学的仿真分析

2．1 多体动力学原理

2．1．1 多体动力学坐标系

2．1．2 多体动力学方程

2．1．3 模态缩减

2．2 发动机的有限元模型的建立

2．2．1 引言

2．2．2 动力学建模

2．3 仿真结果分析

2．3．1 油底壳节点X向振动速度分析

2．3．2 油底壳节点Y向振动速度分析

2．3．3 油底壳节点Z向振动速度分析

2．4 发动机悬架刚度对油底壳振动的影响

2．4．1 悬架系统对振动速度的影响

2．4．1 不同悬架刚度对振动的影响

2．5 本章小结

第3章 油底壳代理模型的构建

3．1 引言

3．1．1 样本点设计

3．1．2 代理模型的构建方法

3．2 加强筋结构对油底壳频率的影响

3．2．1 试验模态与仿真模态的对比

3．2．2 加强筋的宽度对油底壳的频率的影响

3．2．3 加强筋的高度对油底壳的频率的影响

3．3 代理模型的构建

3．3．1 样本点选择

3．3．2 代理模型

3．3．3 模型验证

3．4 本章小结

第4章 油底壳的多目标优化

4．1 引言

4．1．2 多目标优化的方法

4．2 多目标优化的结果

4．2．1 最优Pareto解

4．2．1 结果验证

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢