基于多体动力学仿真技术的多缸发动机噪声预测

对一台四冲程直列四缸涡轮增压柴油发动机建模,使用多体耦合和有限元边界元来进行噪声辐射预测。对其进行多体动力学仿真,模拟这台发动机从1 500~4 000 r/min的工作状态,确定动力总成的激励大小,还特别估计出了作用在缸体上的作用力。在发动机动力系统的动态描述中,同时考虑气体压力对燃烧过程的影响和运动部件惯性力的作用。此外还评估了实际发动机的操作性能,曲柄和缸体都被视为自由体。依据ISO3744标准,基于著名的MATV方法,利用模态参与因子的缸体激励,计算出距发动机1m处的发动机噪声辐射大小。通过LMS Virtual.Lab工具,对发动机动力总成的动态及振动噪声表现进行描述。     

装载机动力传动系噪声机理分析

对于轮式装载机来说，其噪声包括辐射噪声和驾驶室内噪声两部分。辐射噪声的构成比较复杂，主要来源于发动机排气噪声和冷却风扇的运转噪声以及发动机振动所产生的车身结构噪声；装载机的驾驶室内噪声主要是低频声，它是由发动机和动力总成的振动所引发的结构噪声。与低频结构噪声相关的部件有动力总成系统、传动系统、车身系统等。     

车用动力总成模态优化研究

针对某车用动力总成试验过程中发动机和变速器结合面渗油的情况,运用有限元模态分析和试验模态分析相结合的方法,研究动力总成的固有模态。结果表明,动力总成一阶模态只有176.1Hz,低于发动机最高转速下的点火激励频率,存在发动机运转过程中在某个转速点产生共振的风险。经过有限元模态分析一阶模态阵型,显示薄弱位置在缸体、油底壳与变速器的结合面处;通过对缸体和油底壳增加加强筋进行优化,使动力总成的一阶模态提高到240.2Hz,比优化前提升了36.4%,二阶模态也提升了22.5%。优化后的动力总成试验模态分析结果表明:该方案提高了动力总成固有模态。     

某单缸汽油发动机振动噪声预测

目的为了预测隆鑫通用自主生产的某单缸汽油发动机的结构辐射噪声,联合运用有限元法,多体动力学法以及声学边界元法,对该单缸发动机进行了振动噪声的仿真计算。利用有限元法对整机进行模态分析获得模态频率和振型,运用多体动力学法计算活塞连杆机构、曲轴主轴承、配气机构等作用在机体上的激励力,将得到的激励力和模态数据导入到LMS Virtual.Lab软件中,仿真计算发动机的表面振动和辐射噪声。仿真结果与实测结果一致性较好。本文为发动机的结构振动噪声研究提供了一种计算方法。     

多源激励下电机-减速器一体化系统NVH的研究

针对电动汽车中的噪声、振动与舒适性问题,对电动汽车电机-减速器组成的动力总成系统进行了振动与噪声的研究。首先提出了一种综合考虑电机-减速器总成系统的建模方法,并针对该模型进行了模态分析;根据实际需求设计了电机-减速器的基本参数,分析了使得电机与减速器振动与噪声的主要激励源;然后针对电磁激励与机械激励,对电机-减速器系统的影响进行了振动与噪声分析;最后进行了多源激励作用下,动力总成振动与噪声特性的仿真与实验验证。研究结果表明:多源激励下电机-减速器动力总成系统的仿真结果与实验结果相符合,验证了所提出的永磁同步电机与减速器动力总成建模的正确性,说明该模型可以用于实际工程的优化设计。     

发动机塑料进气歧管总成振动分析

建立发动机动力总成有限元分析模型及多体动力学分析模型,采用对比分析的方法,研究塑料进气歧管总成不同支架支撑方案对塑料进气歧管总成模态、振动响应等的影响效果,分析结果表明,支架对于具有大阻尼比的塑料进气歧管发动机的振动响应影响有限.发动机NVH台架试验、整车NVH试验进一步验证了不采用支架的塑料进气歧管对发动机和整车NVH性能的影响,试验结果与仿真分析结论一致.     

发动机缸体生产线能规划及设计

缸体和缸盖是汽车发动机的基础件,决定着发动机的相关零件位置和整机性能,所以缸体生产线和缸盖生产线是新建发动机厂必建的两条线,其余零件可根据建厂规模大小来决定是否建线。从专业的角度来看,曲轴、凸轮轴、连杆总成、水泵总成及油泵总成等零部件建泌全部外协。因为专业厂的工艺专而精,生产成本低,效率高,充分发挥其专业优势;也可减少发动机厂前期的人员及资金投入。     

汽车发动机缸体垂直度测量仪

汽车发动机缸体的几何位置精度直接影响发动机的工作性能。为了实现对缸体加工误差的高精度、高效率测量 ,我们研制了一台ＥＱ4 91发动机缸体垂直度测量仪 ,用于检测缸孔轴线相对于曲轴孔轴线的垂直度误差 (要求 <0 .0 5ｍｍ)和位置度误差(要求 <0 .15ｍｍ)。　　1　测量原理图 1所示为发动机缸体垂直度测量仪的测量示意图。测量仪主要由基座、立柱、缸体定位部件、水平方向精密滚动导轨及导轨工作台、垂直方向精密滚动导轨、电子塞规Ａ、Ｂ等部件组成。测量时 ,将被测缸体放入定位部件中 ,移动电子塞规Ａ和Ｂ ,分别插入缸孔和曲轴孔中进行…     

动力总成悬置系统隔振分析及优化

针对某皮卡车振动剧烈、噪声较大等问题,建立动力总成悬置系统多体动力学模型.通过模态分析、动力总成质心加速度和悬置支撑处响应力的仿真,优化悬置的主刚度,使其隔振效果得到明显改善,不仅提高了车辆乘坐的舒适性,而且延长了发动机与其他部件的使用寿命.     

基于模态分析的发动机表面振动预测分析

以某发动机动力总成为对象,采用多参考点最小二乘复频域法,通过模态试验测得振动响应,以获得发动机模态参数及振型。同时采用有限元-多体动力学-边界元相结合的方法,对其声场和表面振动速度进行预测。结果表明:该发动机前四阶模态主要以弯曲和绕X轴一阶扭转为主,发动机辐射噪声能量及表面振动主要集中在进、排气侧,频带为450～650Hz。研究结果为发动机设计改进提供依据,对发动机设计具有较强的实用价值。     

内燃机振动、噪声的多体动力学分析

以某六缸柴油机为研究对象，运用多体动力学对内燃机振动、噪声进行仿真分析。建立了高质量的有限元模型和仿真模型，用非线性阻尼弹簧模拟运动件间的连接。通过发动机的表面振动速度来评价辐射噪声，改进发动机的结构，增加局部刚度。对发动机两种结构的计算结果进行了比较，取得了降低振动噪声的结果。     

Study on the optimal design of engine cylinder head by parametric structure characterization with weight distribution criterion

The engine cylinder head is one of the most critical components in an automotive powertrain system. Yet, it has the most complicated mechanical structure coupled with a sophisticated combustion process. This study attempts to develop a concrete and practical procedure for the optimal design of the engine cylinder head. First, a simplified topological model composed of beam, shell and membrane elements is developed to simulate the real cylinder head. With this model, the finite element method can be easily and economically employed to study the load-bearing mechanism of the cylinder head under actual engine operation conditions. After characterizing the stress/strain behavior of all the key components through parametric analysis, a new optimization criterion is developed based on Lagrange conditions. This criterion provides an opportunity to represent the ideal ‘balanced point’ among the main design parameters of the cylinder head in terms of weight distribution of the key components. Finally, the optimization of the cylinder head structure is implemented successfully based on these findings. Compared to the optimization results from commercial software, the proposed approach is able to produce a much better solution in respect to both the convergence speed and the final value of the objective function.     

柴油机缸盖罩动态特性分析与改进

以某四缸柴油机铸铝缸盖罩为研究对象,融合频谱分析法、近场声压法及模态分析法的识别优势,分析缸盖罩的动态特性。首先在标定工况下采用时频谱结合频响函数分析了缸盖罩的振动响应特性,然后基于近场声压法定位分析了缸盖罩结构噪声的辐射特性,在建立缸盖罩有限元仿真模型基础上,再结合试验模态法与计算模态法获取了缸盖罩在柴油机约束状态下的模态特性,找到了导致结构动态特性变差的薄弱环节,最后采取薄弱结构加强筋设计与隔声措施优化了缸盖罩的动态特性,并进行了降噪试验验证。     

柴油机机体与油底壳组合瞬态响应有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件建立了495型柴油机机体和油底壳组合的有限元模型,对机体施加缸内压力,活塞侧向力以及主轴承力,并进行了有限元瞬态响应计算,得出机体的一个工作循环的表面振动速度响应,结果发现在机体曲轴箱中部对应于第三、第四轴承处振动最大,计算结果为改进机体结构、降低振动噪声提供了依据。     

Theoretical and numerical investigation on impact noise radiated by collision of two cylinders

Impact noise characterized by high peak value and short duration is very common source of noise in the industries and in many cases can be summed up in the noise radiated by collision of two cylinders. In order to precisely predict the impact noise radiated by collision of two cylinders, a modified theoretical prediction model was established based on the Palmgren’s cylinder contact empirical model and acoustics theory. Then a numerical simulation method combining the finite element method (FEM) and the transient boundary element method (TBEM) had been presented to verify the modified theoretical model and further discuss the mechanism of impact noise. Both the contact force and impact noise of collision cylinders by the modified theoretical model were compared with the numerical results as well as the prediction results by the original theoretical model. It indicated that the results by modified theoretical prediction model are in good agreement with the numerical results, indicating better prediction superior to the original model. The impact noise radiated by collision cylinders is attributed to the rigid body acceleration. Furthermore, the experimental validations were conducted to verify the modified theoretical prediction model and numerical simulation results.     

二甲醚发动机活塞二阶运动-润滑耦合模型建立及数值分析

通过改造潍柴WP6发动机的供油、燃烧系统,开发出一台二甲醚发动机。试验采集二甲醚发动机燃烧参数,针对活塞运动和润滑分析,建立活塞裙部系统以及由曲轴、连杆、活塞组成的多体系统的耦合润滑模型。基于拉格朗日乘子法建立多体动力学方程,并采用有限单元法对润滑模型进行求解。将耦合计算结果与实验对比,验证模型准确性。根据现有二甲醚发动机活塞裙部的结构参数,研究不同活塞结构参数对敲缸及润滑的影响。结果表明,活塞间隙越小时,活塞二阶运动的空间越小,导致敲缸现象减弱,磨损降低,但较小的间隙会产生比较高的油膜剪切力,微凸体表面接触也会加剧,引起较大的摩擦力及摩擦功耗;活塞裙桶形面最高点的位置也会影响活塞裙-缸套系统的运动和润滑特性;桶形面与活塞销中心的距离越小越容易满足力与力矩平衡条件,有利于降低敲缸以及摩擦损耗。     

气缸密封性能的非线性接触分析

针对某高功率密度柴油机的气缸盖-气缸垫-气缸套-机体密封系统,建立装配体的有限元三维模型。采用非线性接触分析法,研究发动机功率密度提升后,在预紧工况下气缸垫参数设置对气缸密封仿真计算的影响,对气缸垫密封面的接触应力进行有限元分析,对结构的密封性能通过静态面压试验进行评价。结果表明:采用非线性接触边界条件进行有限元分析,更能体现气缸盖、气缸垫与机体接触面的真实应力,因此非线性接触分析法是研究气缸密封的一种有效途径。     

The Effects of Cylinder Wall Surface Roughness and Bore Distortion on Blow-by in Automotive Engines

A laboratory test device, was developed to study the effects of cylinder wall, surface roughness and bore, distortion on blow-by in automotive engines. The test device was constructed of components from a four-cylinder engine with a test box welded into the engine block to take the place of one of the cylinders. Removable liners used in the lest box were honed to varying surface roughnesses and bore distortion levels, Blow-by, used as a measure of conformance between the piston rings and cylinder walls, was found to increase at the end of the test with increasing initial distortion and initial surface roughness.     

柴油机噪声测试与分析系统的开发及应用

基于近场声全息(NAH)技术及空间快速傅里叶变换(FFT)算法,利用虚拟仪器软件Labview开发了柴油机噪声测试与分析系统;对系统中的数据采集模块、NAH模块、仿真程式模块进行了分析;通过已知声源进行仿真模型校正,该系统具有对噪声进行频域分析及识别的功能。该文以直列四缸涡轮增压柴油机为测试对象,在次推力侧主要对1800r/min、3000r/min两转速工况进行了测试及声压级分析;对主推力侧、发动机前端寻找最大声压级。结果表明:系统仿真时能准确识别已知声源信号;1800r/min工况下,噪声幅值较大区域主要有:油底壳、带轮端、发电机与带轮端相接处等。3000r/min工况下,在气缸盖罩、带轮端、下缸体等位置产生了较大噪声;主推力侧、发动机前端都在高转速3600r/min,1410-2820Hz频段内出现最大声压级。     

车用柴油机噪声品质预测模型的建立

车用柴油机辐射噪声已成为环境污染噪声的重要组成部分,开展车用柴油机噪声品质的预测与评估研究具有重要的理论与实际意义。以Q型车用柴油机为例,研究其在变负荷及转速工况下表面辐射噪声品质情况,为进一步提高整机声品质,开展柴油机结构声学设计奠定了理论基础。研究国内外车用柴油机客观评价特征,选取物理声学特征峭度、冲击量特性以及心理声学特征响度、尖锐度、粗糙度和波动强度参量来描述辐射噪声的客观特征;针对柴油机噪声特点,采用分类对偶比较法开展以专业听审人群为目标的综合满意度评价研究;应用多层感知器神经网络算法建立起该车用柴油机声品质预测模型。研究表明,车用柴油机噪声品质预测模型能够准确地反映客观评价参量与主观满意度之间的非线性映射关系。