摘 要

当前，柴油机不断地向着高速、轻型、大功率的方向发展，人们对柴油机主要零部件强度的要求越来越高，由此带来的振动和噪声问题严重影响了柴油机的使用性能。因此，对柴油机结构进行减振降噪研究能够有效提高柴油机的整体性能，具有重要的现实意义和实际工程应用价值。

本文以某型柴油机缸盖为研究对象，借助振动理论、有限元理论及模态分析理论，通过三维建模软件PRO/E建立了缸盖的三维实体模型；运用有限元分析软件HyperMesh和Nastran对缸盖进行理论模态分析；对缸盖进行试验模态分析并获得缸盖的模态参数，通过比较测试与计算结果，从而验证缸盖模型的准确性，并且找出了缸盖薄弱的部位，对优化缸盖结构、降低柴油机振动噪声具有一定的指导意义。

关键词：缸盖；三维建模；有限元；模态分析

Abstract

At present, the diesel engine continuously development to the direction of high-speed, lightweight, high-power, people on the strength of the main components of diesel engines become more sophisticated, the results of vibration and noise problems have seriously affected the performance of diesel engines. Therefore, study the reduction of diesel engine structure 's vibration and noise can improve the overall performance of diesel engine effectively and it is of great practical significance and practical engineering application value .

In this paper, a three-dimensional solid model of cylinder head is established by three-dimensional modeling software PRO / E by means of vibration theory, finite element theory and modal analysis theory. The modal parameters of the cylinder head are analyzed by using finite element analysis software HyperMesh and Nastran. The modal analysis of the cylinder head is carried out to obtain the modal parameters of the cylinder head, By comparing the test results with the calculation results to verify the accuracy of the cylinder head model, and to find the weak parts of the cylinder head. It is of great significance to optimize the structure of cylinder head and reduce the vibration noise of diesel engine.

Key Words: Cylinder Head; Three - dimensional Modeling; Finite Element; Modal Analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外现状 2

1.2.2国内现状 3

1.3研究内容和技术路线 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2技术路线 4

1.4本章小结 5

第2章 理论基础及软件平台 6

2.1理论基础 6

2.1.1振动学理论 6

2.1.2有限元理论 7

2.1.3模态分析理论 8

2.2软件平台概述 11

2.2.1 三维建模软件PRO/E简介 11

2.2.2 Altair HyperMesh软件简介 12

2.2.3MSC.NASTRAN简介 12

2.3本章小结 13

第3章 柴油机缸盖的理论模态分析 14

3.1缸盖三维实体模型的建立 14

3.2缸盖有限元模型的建立 15

3.3缸盖的模态分析 15

3.4 本章小结 16

第4章 柴油机缸盖的试验模态分析 17

4.1试验模态分析理论 17

4.2试验目的 17

4.3试验内容 18

4.3.1边界条件的确定 18

4.3.2试验方案 18

4.3.3试验模态分析与理论模态分析结果的比较及分析 22

4.4本章小结 23

第5章 结论与展望 24

5.1结论 24

5.2展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

随着经济社会的发展柴油机逐渐登上人们的生活舞台。传统柴油机的燃烧过程一般为：将要进入气缸的空气进行压缩从而提高空气温度，使空气温度可以超过柴油的燃点，在经过压缩的空气进入气缸的同时，柴油、柴油喷雾和空气混的混合物也要喷入，这样高于柴油燃点的空气将引燃混合物使柴油机得以工作。柴油机的供油系统非常简单，但是这并没有降低其性能，反而是让它具备了如可靠性强、热效率较高、经济性好的优点，因此柴油机越来越多的出现在人们生活的方方面面。柴油机要求各个零件具有较高的强度和刚度所以大多看起来都很笨重，体积较大，其工作粗暴且环境恶劣，缸盖、机体和活塞等长期处于高温、高压的状态，承受着周期性爆发压力，较高的机械热应力，零部件很容易发生振动。过大的振动将会给柴油机带来很多影响，如导致零部件出现疲劳破坏，降低柴油机的工作可靠性，缩短柴油机的使用寿命。除此之外，振动噪声甚至能够影响到操作人员及用户的身体健康^[1]。

近年来，柴油机不断朝着高速、轻型、大功率的方向发展。由此带来的柴油机噪声严重影响着用户的舒适性，噪声污染问题受到前所未有的重视。目前的相关企业和个人为了增强柴油机产品的市场竞争力都在致力于柴油机的振动与噪声研究，以达到减振降噪、优化结构、提高使用舒适性的目的^[2]。减振降噪已经成为目前柴油机技术迫切需要解决的问题，也是以后柴油机发展的一个重要方向。

通过在设计阶段改善优化柴油机的结构以及材料属性等方式，来尽可能改进柴油机自身的固有特性以及结构频率响应特性，从而达到降低柴油机产生的振动噪声已经成为柴油机减振降噪技术的关键要点^[3]。随着科学技术的不断发展，该目标的实现主要借助于先进的计算机技术以及现代分析技术，即通过运用各种机械结构辅助设计分析软件平台（CAD/CAE）建立起实体动力学模型，对其进行振动噪声模态分析，将得到整个柴油机振动和噪声状况与柴油机的试验结果进行分析比较，验证模型的准确性，通过改进优化柴油机模型来得出正确结论，为柴油机的结构设计优化提供正确的理论指导，相比于以前对实际运行的柴油机进行振动试验、 评价、 优化来说，缩短了柴油机开发的时间成本和财力资本，同时也减少了人力资源的消耗，大大提升了产品的经济性。

1.2国内外研究现状

对柴油机振动与噪声分析的研究的发展状况，大致可分为四个阶段^[4]。