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发动机结构振动及噪声预测

作者:Simwe    来源:佳工机电网    发布时间:2012-06-05    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

发动机是影响汽车NVH性能的最主要的因素,在发动机的设计阶段就深入进行振动噪声性能的预测与优化,已经成为发动机开发的基本流程,是发动机自主研发过程中的重要工作。

国内外对发动机结构噪声的预测做了大量研究,中低频结构噪声预测方法已趋成熟。结构振动响应与辐射噪声之间的关系非常复杂,目前根据强迫振动响应 计算辐射噪声的计算方法主要有平板理想化法、有限元法和边界元法等。噪声预测技术的发展使得发动机在设计阶段进行噪声评价成为可能。

本文探讨了适于进行动力总成振动及结构噪声预测的方法;建立了动力总成各主要部件的有限元模型,通过AVL EXCITE软件进行了动力学分析,并计算发动机的振动响应。进行NVH的性能提升的最重要的就是首先要找到主要振动及噪声源,并开展有针对性的工作。为 了更明确发动机的主要声源,采用自编软件,根据表面振动速度结果进行了主要表面的辐射声功率排序,最后进行结构噪声预测。

发动机结构振动预测

进行发动机结构振动及噪声预测,涉及到大量的研究工作,主要工作包括各部件有限元建模、子结构模态提取,EXCITE模型搭建,主要激励计算,动力学分析,振动响应计算,表面辐射声源排序,声边界元建模和空间声场预测等工作。

1. 动力总成有限元模型

动力总成有限元模型包括缸体、框架、缸盖、油底壳、缸套、进气歧管、排气歧管、气门室罩盖、4个悬置支架、变速器壳体、变速器传动轴及齿轮等。 由于研究的动力总成的4个悬置支架中有3个是安装在变速器上,所以加入变速器壳体的有限元模型,这样可以更准确地模拟动力总成的振动情况,特别是怠速工况 下的振动。图1所示为动力总成的有限元网格。同样需建立曲轴组件的有限元网格,曲轴组件包括曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮和正时齿轮等部件。

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图1 动力总成的有限元网格

2. 发动机动力学模型

发动机动力学计算模型包括了有限元模型及连接参数。参数包括连杆质量、刚度,活塞质量,轴承刚度,发动机悬置软垫刚度以及轴瓦刚度及阻尼等。

3. 发动机激励

发动机工作时,其激励比较复杂。主要考虑了气体爆发压力、活塞连杆组件的惯性加速度、活塞侧向拍击力、凸轮轴轴承座作用力、气门弹簧力和气门落座力等激励。这些载荷采用相应软件计算得到。某转速下的气体爆发压力曲线见图2。

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图2 发动机爆发压力

图3和图4分别为第一缸的作用在活塞顶部的爆发压力载荷、进气凸轮轴对轴承座的作用力的载荷-曲轴转角历程。

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图3 作用在活塞顶部的爆发压力载荷

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图4 进气凸轮轴对轴承座的作用力

在不同的转速工况下,各种载荷的时间历程都是不同的,需要在软件中输入不同工况下的载荷曲线。

4. 发动机结构响应计算

模型搭建完成后,计算主要工况下动力总成的振动。在EXCITE中进行动力学计算后,进入NASTRAN中进行数据恢复,得到各结构的振动响应。

 
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