模态扩展在柴油机振动和噪声分析中的应用.pdf

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1、第33卷第4期2016年8月内燃机与动力装置I．c．E＆PowerplantV01．33No．4Aug．2016【模拟计算】模态扩展在柴油机振动和噪声分析中的应用陈卓群，杨贵春，冯垣洁，张强。高云峰(中国北方发动机研究所，天津300000)摘要：文章对模态扩展的基本理论进行了阐述，并以准确的有限元模型和试验振动数据作为输入，应用模态扩展和边界元法求得某大型高速V6柴油机的整机结构辐射噪声，计算结果表明发动机的爆发压力、不平衡惯性力是低频辐射噪声的主要贡献者，而高频辐射噪声的主要来源是齿轮传动产生的振动激励，发

2、动机本体模态对整机辐射噪声贡献相对较小。该实例充分验证了模态扩展的准确性和实用性，为后续发动机的振动扣噪声控制指明了方向。关键词：模态扩展；边界元法；辐射噪声中图分类号：TK421．6文献标志码：A文章编号：1673-6397(2016)04-0039-04ApplicationsofModalExpansioninVibrationandNoiseAnalysisforDieselEngineCHENZhuo—qun，YANGGui—chun，FENGYuan—jie，ZHANGQiang，GAOYun—f

3、eng(ChinaNorthEngineResearchInstitute，Tianjin300000，China)Abstract：Themodalexpansiontheoryiselaboratedinthispaper．Takingprecisefiniteelementmodelandvibrationdatafromexperiments，wegotalargehighspeedV6dieselengine’Swholestructureradiationnoisebymodalexpansion

4、andboundaryelementmethod．Theresultsshowthatthelowfrequencyradiationnoisemainlycomesfromthecombustionpressureandunbalanceinertiaforceofengine．Whilethehighfrequencyradiationnoisefromthevibrationexcitationofgeartransmission．Andtheen舀nebody7Smodalhaslittleradia

5、tionnoiseforwholeset．Thetruecasestudygivesacon-firmationforaccuracyandusabilityofmodalexpansionandareferenceforvibrationandnoiseofdieselengine．KeyWords：ModalExpansion；BoundaryElementMethod；RadiationNoise引言随着柴油机功率密度的提高，燃烧压力、转速、增压压比均大幅提升，使得整机振动与噪声问题日益凸显。但现阶段针

6、对大型柴油机的振动与噪声控制技术仍局限于后期改进，在CAE分析阶段没有形成完整的、系统的主动控制方法，因此很多振动噪声问题无法彻底根治，严重制约了柴油机整机品质的提升。目前在CAE分析中，有限元方法已相当成熟，应用Nastran、Abaqus等商业软件可以得到很精确的结构模态分析结果，为准确预测柴油机整机的振动和结构辐射噪声提供了可能。但传统的仿真计算中还需要输入振动的激励、边界条件、材料阻尼特性等，这些参数很难通过试验进行准确的识别，如若进行简化又会导致计算结果产生很大的误差。LMSVirtual．Lab提

7、供了模态扩展功能，可将试验振动数据映射到有限元模型上，得到各阶模态的参与因子，结合有限元模态分析结果识别整机模型中所有节点的振动特性，进而对结构辐射噪声进行作者简介：陈卓群(1989-)，男，山西朔州人，研究生，助工，主要研究方向为柴油机整体振动和噪声控制。收稿日期：2016-07-30内燃机与动力装置2016年8月预测。本文以某大型高速V6柴油机为分析对象，应用模态扩展和边界元法求得发动机的结构辐射噪声，并对计算结果进行了分析，验证了模态扩展的准确性和实用性，同时也明确了控制发动机噪声的优化方向。l模态扩展

8、的基本理论假设整机有限元模型包含F个自由度，其特征向量可表示为[曙]，试验模型仅有A个自由度，通过试验测得该模型的振动矢量为[呼]。模态扩展的目的是由[呀]得到[昭’]，即仅用有限的振动数据识别出有限元模型中所有节点的振动特性，[曙]、[晖r]两个矩阵也可以写为：啊融剿哪试验所缺失的自由度振动矢量。引入模态参与因子[r]，试验测得的振动矢量可正交投影到有限元模型上，各参数之间的关系记为：[昭]-[呀