内燃机噪声优化对车内声学的影响研究

提出了内燃机结构辐射噪声的仿真与优化方法,评价了内燃机噪声优化前后车内噪声的变化。建立了内燃机和前围板的有限元模型,通过模态分析验证了模型的精度。采用柔性多体动力学方法计算了内燃机的振动响应,并结合边界元算法得到了结构辐射噪声。完成了机体的结构优化,通过提升刚度使整体模态频率与激励峰值频率分离,从而降低机体结构响应,减小辐射噪声。搭建了内燃机与前围板的声学耦合模型,计算得到经机体结构优化前后的内燃机辐射噪声通过前围板后进入车内的声功率。结果显示,机体的优化方案大幅降低了其辐射噪声,从而减小了整机的辐射噪声。研究内燃机噪声与车内噪声的传递路径后,发现车内噪声有了明显的下降,从而证实了优化设计的可行性和有效性。     

基于有限元的异步电机电磁振动分析

电机的电磁振动是电机电磁场与机械结构耦合的结果,要研究电机的电磁振动,需要将电机的电磁场和结构振动分析结合起来。通过有限元软件,采用一种弱磁-固耦合的方法,对异步电机的电磁振动特性进行分析。首先利用ANSOFT有限元软件建立异步电机的二维有限元模型,计算电机的瞬态电磁场,得到电机在给定转速稳态运行状态下的磁场分布和作用在定子上时变的电磁力;其次用ANSYS有限元软件建立异步电机结构的三维有限元模型,将ANSOFT软件得到的时变电磁力进行频谱分析并校正,然后施加到电机上,计算出电机结构的电磁振动响应。基于对电机电磁振动特性的分析,可以对电机的电磁参数和结构进行改进和优化设计,以降低电机的电磁振动     

波轮式全自动洗衣机刚柔耦合模型的建立

摘要：刚柔耦合模型是波轮式全自动洗衣机结构设计的基础。为建立这一模型,首先在ANSYS中建立了盛水桶的有限元模型并进行模态分析,进而通过与实验结果的对比验证了有限元模型的正确性。采用修正的Craig-Bampton模态对盛水桶进行动力学建模,并与刚性模型进行耦合,推导得到系统整体的刚柔耦合模型。最后,采用 方法求解系统DAE方程组,得到了脱水过程中盛水桶的变形信息与载荷信息。将载荷信息反馈给ANSYS进行分析,其计算结果与本文结果进行了对比,验证了本文模型的有效性。     

大展弦比机翼气动颤振的有限元分析

摘要：在Theodorsen二元气动力的基础上,建立非定常气动力时域内积分形式的表达式或者等价的频域表达式,利用粘弹性结构振动分析中对积分方程的等价变换将其写成与结构动力学方程一致的二阶常微分方程,将气动力的影响作为对结构有限元模型质量阵、刚度阵和阻尼阵的补充,保留了结构原有的所有动力学特性,并且能够直接用计算结构动力学的通用有限元软件进行空气-结构耦合的整体动力学分析,适合应用于具有复杂结构的气弹问题。气动力模型的建立可以利用各种试验及数值方法得到的气动力数据,适用性强。算例给出了大展弦比机翼的颤振边界计算结果。     

单面瓦楞机光辊机构动力学分析

单面瓦楞机在成型的过程中存在较大的振动,为了分析振动的原因及减振,对单面瓦楞机的关键机构——光辊机构进行动力学建模,发现推杆刚度不足,造成光辊机构的非线性。进行振动测试,验证了动力学模型的正确性,得到单面瓦楞机振动的主要原因:单面瓦楞机在正常工作转速范围内,存在两个共振频率。最后对光辊机构提出改进方案,并仿真对比改进前后光辊机构在受迫振动下的振动位移,改进后的位移幅值降低了35.2%。研究结果为降低瓦楞机的振动提供了理论依据。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

基于Monte Carlo法的结构动力学模型确认

提出一种蒙特卡洛模拟(MCS)与多元回归分析相结合的有限元模型确认方法。采用基于动态响应面法生成的代理模型改进直接MCS,用一种逐步迭代的方式改进代理模型保证模型确认的精度。传统欧氏距离/马氏距离从不同方面描述了两点间距离,然而如果在距离准则中能够同时考虑两者则会更全面。在相关性分析过程中,综合欧氏/马氏距离的特点,采用了一种欧氏/马氏距离相结合的不确定量化方法(距离判别方法),并给出了基于此指标的迭代收敛判断准则。算例仿真结果表明:所提出的有限元模型确认方法和此距离判别方法的使用,能比较大地降低MCS的计算量并能得到满意的模型确认结果,迭代收敛的稳定性和精度都有了提高。     

有限元仿真方法评价护栏安全性能的可行性

建立多种车辆和护栏有限元仿真模型,运用多次碰撞试验数据对仿真模型计算结果进行比对,对采用有限元仿真方法评价护栏安全性能的可行性进行分析。研究结果表明,仿真计算可以得到车辆行驶轨迹、结构防护导向、乘员风险和动态变形等护栏安全评价的各项指标,仿真结果与试验结果一致,误差在10%以内,验证了建模方法的正确性,运用有限元仿真方法评价护栏安全性能具有较高可行性。强调运用评价护栏安全性能的仿真模型须通过碰撞试验校核,同时建议通过法规和准则对从事护栏评价CAE工程师进行职业管理。     

多线切割机床动力学分析

多线切割技术是半导体硅片加工产业中的一个新生力量,它以独特的优势迅速成为当前硅切片加工中最先进的方法。机床结构的动态性能直接关系物料的加工质量,为保证机床运行的稳定性,本文对整机动力学性能进行分析,研究机械结构的合理程度。建立本体结构三维模型后,应用有限元方法基于ANSYS软件求解模态,得到各阶固有频率和振型;运用动力学软件ADAMS分析机械系统振动特性,求得机床各关键部件的频率响应。对机构设计的正确性做出理论判断,并为进一步改进指出方向,有利于提高多线切割机的性能和提高加工质量。     

N自由度柔性机械臂通用的动力学建模方法研究

针对多自由度柔性机械臂动力学建模过程复杂的问题,提出一种适用于N自由度柔性臂刚柔耦合动力学建模的通用方法。该方法基于拉格朗日方程(Lagrange)和假设模态法(ASM),归纳推导得到了N自由度柔性机械臂动力学模型的最简通用符号表达式,根据该建模方法开发了"N-DOF柔性机械臂动力学方程符号计算软件";最后以两自由度柔性机械臂为例进行位置跟踪控制实验,用开发的软件自动生成了动力学模型,并搭建了实物模型进行对比验证,结果具有一致性,表明了该建模方法的正确性。与传统建模方法相比,该建模方法可减少90%以上计算时间,极大降低了建模过程的复杂性,同时对多自由度柔性臂动力学建模也具有通用性。     

船用柴油机机体组合结构模态分析方法

利用数值试验方法验证包括柴油机机座、机架、气缸体、扫气箱、空冷器等有限元模型简化的合理性。通过螺栓连接板件的模态试验验证有限元法模态分析中螺栓连接处理方法的可靠性。在此基础上建立包括以上各部件的某大型船用6缸柴油机机体组合结构有限元模型。通过对整体结构模态分析,找出整机刚度局部薄弱部位和整体固有振型。为大型船用柴油机设计人员在设计阶段,预报和预防整体结构振动提供一较为简便的方法。     

发动机机体结构振动模态分析

目的　建立某发动机的有限元模型 ,并进行模态分析 ,为研究机体的优化和动力匹配作准备工作 .方法　用 Ansys5.4有限元分析软件 ,对一 1 2缸 V型发动机进行自由模态分析 ,其中采用 1 0节点 4面体单元构造出较详细的机体离散模型 .结果　求解了机体的自由模态参数 ,与试验模态分析所得到的模态参数相对照 .结论　表明有限元方法对复杂结构的动力分析是一种有效方法 ,为进一步研究机体的优化、动力匹配和响应奠定了基础     

某车辆动力总成异常振动分析与改进

针对某SUV车柴油机动力总成产生异常振动导致操纵手柄剧烈振动这一实际问题,将振动试验测试与有限元仿真分析结合起来研究动力总成的振动动态特性。通过整车道路试验及转鼓试验,发现柴油机工作转速的二阶激励激起了动力总成系统共振,通过采用有限元方法建立了一种柴油机动力总成振动分析模型,计算分析了此动力总成的振动固有频率和固有振型,找到了导致动力总成弯曲刚度变差的原因—飞轮壳结构刚度不足。在验证了有限元仿真模型计算合理性基础上,通过改进设计飞轮壳结构,提高了动力总成的固有频率,使其避开了共振频率区间,最终消除了操纵手柄的异常振动。该试验与仿真分析方法对解决同类工程问题具有参考指导和应用价值。     

基于EMD和时频分析的低振动机体结构优化研究

为降低柴油机机体振动,开展了基于经验模态分解（EMD）和时频分析的低振动机体优化设计研究。首先建立了机体有限元模型,通过机体模态试验验证了有限元模型正确性;然后,采用多体动力学和有限元相结合的方法计算了机体振动响应,并将计算结果与试验结果进行了对比验证,两者比较吻合;进而采用EMD对机体裙部振动速度信号进行分解,对分解得到的结果中能量较大的分量进行小波时频变换,通过时频分析得到结构优化的主要依据;最后对优化前后振动响应分别采用小波和Hilbert变换进行定性和定量的对比验证。结果表明,优化后整机振动烈度降低了26.81%,整机的振动水平得到了明显的降低,从而验证了该方法的有效性。     

某无人直升机机身框架动力学计算与试验研究

建立某无人直升机机身框架的动力学有限元模型,计算得到前六阶固有频率和振型,与模态试验结果相比较,误差小于3 %,验证了有限元模型的正确性,表明该有限元模型能准确地反映该无人直升机框架的结构动力学特性。有限元计算的机身框架固有频率值避开了旋翼、尾桨、发动机主通过频率值,满足动力学设计要求。这种有限元计算、试验验证以及模型修改相结合的动力学分析方法,能保证框架固有特性计算的精确,也为无人直升机其它结构的动力学建模提供借鉴。     

基于有限元与多体动力学仿真的发动机失火故障特征提取研究

提出基于多体动力学和有限元计算的故障仿真方法,通过分析比较振动信号变化来提取故障特征。利用AVL EXCITE平台,建立一个高质量带悬置的四缸发动机动力总成有限元多体动力学仿真模型,以发动机失火故障为例,设置相关参数模拟失火状态运行,求解发动机稳态转速和加速工况的缸体和缸盖位置振动加速度响应信号,经频谱、阶次和小波等分析,对比正常状态和故障状态的差异,提取故障特征。通过实车失火故障试验进行对比,发现仿真结果与试验结果有较好的一致性。利用多体动力学有限元模型进行故障仿真分析的结果,可用于指导实际发动机故障诊断。     

Inertia loading in finite element analysis of structures subject to compound motion

The problems associated with the stress analysis of structures subjected to body force loading due to compound motion are outlined. An economic method for calculating equivalent nodal loading, for use in a finite element displacement analysis, is proposed in which the element discretization and consistent mass matrices are used to advantage. The relevant equations, relating to the rigid body dynamics of compound motion, are appended in matrix notation. Validity of the method is demonstrated by an analysis of the stresses, due to gyroscopic and centrifugal forces, in an aero engine blade model.     

基于试验/计算混合模型的动力传动装置混合建模与仿真

为实现高效率、高精度地进行针对复杂结构的动态分析,从子结构的基本思想出发,提出了采用试验模态分析与有限元分析相结合的混合仿真的构想,并在Virtual.Lab平台上实现了该方法。以基于试验测试的柴油机模型和基于有限元分析的传动箱模型为例进行验证,结果表明,该方法与组合级的动力传动装置有限元计算精度基本一致,但规模和效率却远远优于后者。因而,该方法能用较少的计算次数和较短的时间得到较精确的动特性参数。     

发动机机油盘自由模态分析及试验验证

机油盘是发动机的关键部件之一,在发动机工作的影响下机油盘会产生复杂的振动,是发动机噪声的主要来源之一。因此,降低机油盘的振动和噪音是降低发动机辐射噪音和总体噪音的重要环节。对机油盘进行有限元分析建模,利用Hyper works软件计算求解,得到机油盘前十阶的固有频率。利用试验模态分析获得机油盘的试验频率,并对比机油盘仿真频率与试验获得的自由模态频率,验证了有限元计算结果的精确性。