柴油机结构系统的模态分析

结构系统的动态特性分析是结构动力学领域里的一个重要研究方面。本文以柴油机这种复杂结构的工程研究为背景,对12缸V型水冷式车船用柴油机主要结构零部件及其组合结构的动态特性分析和实验验证进行了系统研究,得出了理论计算和实验结果相符的结论。这为柴油机下一步的动力响应分析、整机的动态特性分析和结构的优化设计奠定了理论和实验基础,也为柴油机实际结构的改进提供了一条途径。 本文首先总结了国内外结构动态特性的研究成果。基于结构模态分析理论,从分析柴油机的组成和工作特点入手,系统地应用了有限元的技术方法,综合考虑了提高计算精度和降低计算规模这个建模的根本问题,利用ANSYS软件,建立起了柴油机机体、曲轴和气缸盖的有限元计算模型。本文所建的模型解决了前人在运用板、壳等单元建立柴油机主要结构有限元模型时遇到的如何协调精度和规模的难题,同时,分别计算和分析了机体、曲轴和气缸盖的自由模态。本文重点分析了机体的动态特性,并提出了柴油机的结构改进措施。 结构动态特性分析要求对结构系统进行较为准确的数学描述,目前工程中主要利用有限元技术来建立理论计算模型。这种方法采用了离散化的思想:将连续系统离散为一个节点上互相关联的离散结构。但是由于对结构物理、几何特性的假设和对结构约束及连接状态等的简化,使得理论计算模型在模型结构和模型阶次以及模型参数等三个主要方面存在误差,其计算结果的精度是否可靠,这需要实验验证。本文基于模态试验技术,对柴油机的机体、曲轴和气缸盖以及它们的组合结构进行了模态实验,并把实测结果与理论计算值进行了对比分析,表明本文采用的研究方法恰当,建立的理论计算模型正确。 柴油机是由许多复杂结构形状的零部件组成的系统,欲研究其整机性能,需要分析装配部件的动态特性。本文基于模态综合理论,分析了柴油机机体、曲轴和气缸盖构成的组合结构特点,利用动态子结构技术,推导出了三子结构的计算公式,并据此建立起了组合结构的有限元模型,计算和分析了组合结构的自由模态。初步研究了组合结构接合面的接触处理方法。