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发动机是汽车的重要组成部分,其性能好坏直接影响着汽车行驶的安全性、操纵的稳定性以及车内的噪声水平。作为汽车的重要组件之一,发动机除承受由其自身工作原理决定产生的振动外还要承受因外部激励作用而产生的振动,当发动机的某阶模态频率与外界激励频率较为接近时就会产生共振现象,从而导致其出现较大的弯曲、扭转变形,影响其工作的可靠性以及汽车行驶的平顺性。
机体是发动机的主体结构,其自身结构和受力的复杂性决定了它是发动机的主要结构和性能件,是直接影响发动机整机可靠性的关键部件,其刚度结构和动态特性直接影响到发动机的动态特性、使用性能和工作的可靠性。因此对发动机机体进行强度分析和动态特性分析就成为发动机产品设计开发中必不可少的重要环节。
本文针对S385型柴油机机体的结构特点,将力学分析法、现代设计的有限元法和计算机技术结合在一起对其进行了不同工况下的机体强度的分析和有限元理论模态分析,利用先进的试验仪器和设备对其进行了动态特性的试验模态分析,并根据分析结果对机体结构进行了相应的改进与优化。
1.利用三维建模软件Pro/E建立了S385型柴油机机体的实体模型,总结了机体实体建模的简化方法。通过大型有限元分析软件ANSYS对机体进行了网格划分,得到了机体的有限元模型,并对其进行了预紧工况和爆发工况下的有限元静力分析,得出了机体相应工况下的位移、应力、应变云图,找到了机体结构的强度薄弱环节并据此提出了相应的修改方案,为改善机体强度、改进机体的结构设计提供了理论依据。
2.根据S385型柴油机机体的实际工作情况,利用有限元分析方法对其进行了自由模态和约束模态的有限元理论分析,计算出了机体前15阶自由模态和约束模态的固有频率及相应振型,通过振型分析找到了机体振动的薄弱部位并提出了相应的修改措施,为机体结构的改进设计及其动态响应分析提供了理论依据。
3.对S385型柴油机机体采用频域模态参数识别方法进行了自由模态的试验模态分析,对输出的脉冲响应信号进行了模态参数识别,并与自由模态有限元理论计算所得模态参数进行了对比分析,结果表明有限元模型合理。
4.根据各分析结果对机体结构进行了相应的改进,并与改进前机体结构的动态特性进行了对比分析,结果表明改进后机体结构动态特性比改进前有了较大改善,改进措施比较合理。本文的创新之处在于采用有限元理论分析与试验测试相结合的方法来研究S385型柴油机机体的相关动态特性,通过试验分析验证有限元理论分析的正确性并根据有限元理论分析结果及相关试验数据对机体的有限元模型进行相应改进。