采用整体安装架机车柴油机组的有限元模型研究

摘要

随着内燃机车产品结构的调整和产品种类的丰富，一些机车开始采用在整体安装架上固定柴油机组的新型结构。为保障机车运行的安全可靠，必须对此类型机组的振动特性进行计算分析。但目前国内在这方面的研究很少，尚存在振动计算结果与实测结果相差较大等问题，难以满足生产现场的迫切需要。针对这一情况，本文以N型内燃机车的柴油发电机组为对象，研究采用整体安装架结构机组合理的有限元建模方法，并在此基础上，进行机组的振动特性分析和方案改进。 论文首先将柴油机组简化为单质量系统，计算得到机组的6个整机振动固有频率及对应振型。然后对机组各振动测量方案的测试数据进行处理，得到各工况各测点1.0谐次与2.0谐次振动位移曲线；通过分析四个测量方案各测点1.0谐次与2.0谐次的振动位移幅值随转速变化规律，确定了机组3个低阶结构振动固有频率；并利用测量数据，获得一些对验证有限元模型有参考价值的测点振动幅值和相位特性。上述工作为检验有限元模型的合理性提供了依据。 利用有限元软件ANSYS建立了机组有限元模型。对建立的模型进行了模态计算分析，得到了机组振动的固有频率和模态振型。将模态计算结果分别与单质量模型整机振动计算结果和实测机组结构振动模态特性对比，验证了有限元模型的合理性。通过建模分析，归纳了机组有限元模型的建模准则。 最后利用有限元模型分析了影响机组结构振动的主要因素，发现柴油机与发电机支座以及整体安装架结构对机组结构振动模态特性影响较大；而机组的材料特性和隔振器刚度影响较小。针对不同结构的机组，综合各影响因素，分别给出了结构改进方案。 本文的建模方法和结构改进方案研究，可为采用整体安装架的柴油发电机组建模与设计，提供有益的参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2选题意义

1.3相关研究的国内外发展现状

1.3.1振动计算模型

1.3.2有限元法在机械振动分析中的应用

1.3.3有限元法在内燃机结构振动分析中的应用

1.3.4有限元法在机组结构振动分析中的应用

1.4课题研究内容

第2章机组振动特性分析

2.1机组整机振动计算分析

2.1.1振动方程建立

2.1.2参数计算

2.1.3隔振计算结果

2.2机组振动测试分析

2.2.1机组振动测试简介

2.2.2振动测试数据处理

2.2.3机组测试数据分析

2.2.4机组模态特性分析

2.3本章小结

第3章机组的有限元计算模型

3.1有限元方法与ANSYS软件简介

3.1.1有限元方法的基本思想

3.1.2有限元模态分析理论

3.1.3有限元软件ANSYS简介

3.2机组有限元模型的建立

3.2.1安装架模型的建立

3.2.2发电机与柴油机模型的建立

3.2.3网格划分及细节处理

3.2.4机组有限元模型

3.3机组的模态计算结果分析

3.3.1机组计算模态结果

3.3.2机组模态计算与单质量整机振动计算结果对比

3.3.3机组模态计算结果与实测结果对比

3.4机组有限元模型的建模准则及分析

3.4.1支座简化方式

3.4.2柴油机自由端与安装架连接方式

3.4.3弹性联轴节的影响

3.4.4机组建模准则

3.5本章小结

第4章机组结构改进分析

4.1影响机组结构振动的因素

4.1.1柴油机和发电机支座的影响

4.1.2安装架结构对机组固有频率的影响

4.1.3结构材料性质对固有频率的影响

4.1.4隔振器刚度对机组振动频率的影响

4.2机组结构改进方案

4.2.1柴油机机体自由端采用支承轴(座)方式

4.2.2固定联接方式

4.3本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文