非道路柴油机辐射噪声仿真分析与结构优化

作     者：田小青 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢炽华

授予年度：2019年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：非道路柴油机 振动 辐射噪声 优化 

摘      要：随着非道路机械的种类和保有量持续上升,以及国家相关政策法规的日益严格,非道路机械的NVH性能也受到越来越多的关注。作为非道路机械的动力源与噪声源,非道路发动机的振动噪声水平直接影响着对应机械的性能,控制其振动和噪声具有重要的现实意义。目前,针对柴油机的减振降噪研究,主要侧重于道路用柴油机,对非道路柴油机的关注偏少。本文以某设计研发阶段的非道路柴油机为研究对象,对其进行振动响应分析与辐射噪声预测,为非道路柴油机的减振降噪研究提供一定的参考。本文通过理论计算与数值仿真,综合运用多体动力学方法、有限元法和边界元法,完成了对非道路柴油机的振动响应分析、辐射噪声预测与结构优化设计。(1)非道路柴油机有限元分析模型的建立。对柴油机整体结构进行了有限元网格离散,分析了不同网格尺寸对缸盖模态分析结果的影响,综合计算精度和模型规模,确定了关键零部件最佳网格尺寸;进行柴油机整体结构的模态分析,获得其振动特性。(2)非道路柴油机刚柔混合的多体动力学模型的建立。采用模态综合法,对曲轴进行柔性化处理,建立了非道路柴油机刚柔混合的多体动力学模型,其计算得到的活塞运动状态与理论推导一致;基于该模型计算了柴油机的轴承激励力、活塞侧推力及气体作用力等主要激励力的时域和频域数据。(3)非道路柴油机的振动响应分析。基于已经获得的激励力数据,确定各激励力实际的加载位置,完成柴油机工作过程的结构振动响应分析,获得柴油机表面振动速度的时域和频域数据。计算结果表明,缸盖罩、轴承是振动速度最大的部位,其次是机体的部分裙部及油底壳的底部。(4)非道路柴油机辐射噪声的预测。建立合适的分区域边界元网格模型,将非道路柴油机表面振动速度数据映射到边界元模型上,采用间接边界元法,对其进行辐射噪声的计算。结果显示,该柴油机在300-1500Hz频段内的辐射噪声贡献量较大,缸盖罩是最主要的噪声贡献面板。(5)基于结构优化的非道路柴油机辐射噪声控制。根据柴油机结构振动响应分析与辐射噪声计算结果,对缸盖罩与油底壳进行结构优化设计,结果显示优化后的模型噪声降低了1.17dB。