由机体结构设计减小表面振动响应

　　引言

　　随着社会的发展,降低发动机振动噪声已成为重要研究课题之一。在新产品的设计开发阶段,这一问题就已是重点考虑的内容了。利用有限元技术预测发 动机结构振动和噪声是非常经济和省时的。在设计阶段,只要能够正确地表示出包含边界条件在内的动态分析模型,就可识别发动机的振动或噪声源。同时,可以很 方便地对模型参数,如结构尺寸、材料特性、形状等进行修改,便于机体结构优化设计,为低噪声机体在设计阶段提供优化参数,使得仅用图纸进行理想的机械设计 成为可能。并且,一旦得到了适当合理的物理模型,对其中一部分结构进行修改后,计算结果即可靠^[1]。本文以EQ6100型汽油机机体作为研究对象。

　　目前控制发动机振动噪声的主要方法有:①降低激振力法,通过改变燃烧工作过程来实现;②刚度控制法;③阻尼控制法,增大结构阻尼,降低结构响 应;④减少辐射表面积方法。本文主要是在有限元模型的基础上探讨改变机体的结构刚度,从而修改其动态特性,以最小的改动,实现减小振动响应的目的。

　　1、模型建立

　　机体结构是由板壳、加厚板和加强筋组成的箱形覆盖件。所以机体上的大部分结构可以用梁、板或块体有限元来描述。对于那些用板和梁来描述差别较大 的结构,可按等效刚度的原则作适当简化。最后整个机体结构用170个节点,65个梁单元和166个板单元来描述。考虑到动态分析时的机时及其特点,我们建 立了如图1所示的动态分析有限元模型。

　　计算时采用与测试相同的边界条件,即自由—自由状态。计算是在MICRO VAXⅡ型计算机上进行的。表1给出了利用有限元模型计算的机体动态特性值与实测值的对比。从中可以看出:理论计算结果比较准确地反映了实际情况,说明所 建模型比较合理,能够反映结构在一定频率范围内的动态特性。因此,可以用于计算缸体的结构动态响应和进行结构参数修改。在以后的分析中,机体的边界条件采 用与实际安装相同的状态。

　　2、机体结构刚度分析

　　振动产生噪声,控制噪声最好的方法就是减小表面的振动响应。对于恒定的输入力来说,结构共振的振幅与频率成反比,所以提高结构刚度使固有频率显 著提高时,可以减小结构的振动响应。如果固有频率进入激振力较小区,提高刚度的效果更好。改变机体结构刚度和固有频率主要有:改变材料特性,增加壁厚,曲 轴箱结构重新设计,加筋等几种方式。

　　2.1　改变材料特性

　　板的弯曲频率可按下式计算:

　　式中:t——板厚度;