1. 研究目的与意义（文献综述）

空压机是一种用于压缩空气的机械,被广泛地应用于船舶、工矿等行业。是船舶辅机系统的重要组成部分，主要用于主机起动、换向、和发电柴油机的起动，同时也为其它机械设备和气动工具供气。它往往连续满负载运转，零部件出故障概率较高，一旦出现故障就严重影响整船的正常运转。对其转子铸造和机械加工的要求不断加强，而传统的加工工艺必然会造成一定的缺陷 (如空泡、材料不均等 )，并且其曲轴、连杆及活塞的工作条件越来越苛刻，在周期性变化的气压力、往复和旋转运动引起的惯性力以及它们的弯扭矩共同作用下，会使曲轴、连杆及活塞过早地出现弯曲破坏和扭转疲劳破坏，从而可导致事故的发生。所以必须对曲轴、连杆及活塞进行模态分析，为以后的结构动态特性分析及其优化设计提供依据^[1]。

同时，作为环境污染四大公害之一的噪声污染也日益受到人们的重视。噪声对人体的危害是全身性的既可以引起听觉系统的变化，也可以对非听觉系统产生影响。主要表现为:形成听力减退；刺激影响人的神经系统；干扰人们的学习、工作、休息和睡眠，使人们工作效率下降，注意力不集中，反应迟钝；这些影响的早期主要是生理性改变，长期接触比较强烈的噪声，可以引起病理性改变。此外作业场所中的噪声还可以干扰语言交流，影响工作效率，甚至引起意外事故。所以，噪声控制也是保护人们生活条件和工作条件的一项重要工作^[2]。目前，空压机在制造高压气过程中，设备不可避免的会发生振动及噪声空压机向着大功率、轻重量的方向发展，使得其刚度不断减小，从而加剧了部件的振动和结构噪声，直接影响空压机的寿命。在空压机曲轴、连杆及活塞的设计研发过程中，对空压机曲轴、连杆及活塞结构进行模态分析，可以为空压机减振和降噪提供理论依据，验证该结构的可行性和可靠性，缩短产品研发周期，因此对空压机曲轴、连杆及活塞进行模态分析在现代船舶结构设计中具有十分重要的意义^[3]-[4]。

国外学者y.kang,g.-j.sheen,m.-h.tseng,s.-h.tu.在1998年就利用梁单元和实体单元这两个模型，用有限元法确定了两个曲轴的固有频率和振型，并与模态试验数据进行了比较。结果表明，在曲轴模态分析中，实体单元比梁单元更适用^[5]。b.y.yuq.k.feng和x.l.yu为了简化往复压缩机曲轴系统在工作状态下的三维振动分析，提出了一种基于三节点timoshenko梁的空间有限元模型。曲轴由一组简单的圆杆和简支梁组成的连接结构理想化，主轴颈轴承由一组线性弹簧和缓冲罐理想化，飞轮和电机由一组质量和惯性矩理想化。在实际应用中，利用该方法建立了6m51往复压缩机曲轴系统的有限元模型。然后利用ansys软件包对结构进行模态和强迫振动计算。[6]m.a. rezvani，d. javanmardi及p. mostaghim三人采用经典方法计算了发动机的最大载荷，并在adams发动机软件中进行了仿真验证。动力学模型包括刚性和柔性梁模型，并考虑了扭转振动模态。结果表明，连杆失效是由于存在液锁现象时的屈曲引起的[7]。lucjanwitekfeliksstachowiczarkadiuszza#322;#281;ski对曲轴进行了数值模态分析在此分析中，得到了自由振动的频率和振型。模态分析结果表明，在二阶自由振动模式下，高应力区位于裂纹源区。根据研究结果，得出了早期失效的主要原因是曲轴的共振振动^[13]。m. fonte, p. duarte, l. reis, m. freitas, v. infante,为了找到高应力集中的临界区，还进行了有限元分析。结果表明，曲柄销在低应力和高疲劳下有明显的疲劳失效^[14]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计（论文）主要内容：

本文主要研究内容包括：了解振动模态国内外研究现状；研究模态分析理论；运用三维建模软件solidworks建立曲轴、连杆及活塞的三维实体模型；采用hypermesh建立其有限元模型；借助有限元软件ansys对其进行模态分析，得到结构振动特性；研究影响其结构振动特性的因素等。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳振动模态研究现状及模态分析理论，详细分析空压机工作原理； （第4周—第5周）

（3）学习solidworks、hypermesh以及ansys软件，完成空压机曲轴连杆活塞系统实体建模工作； （第6周—第8周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张志斌,蔡振雄,朱 钰,滕宪斌.用有限元法对船用空压机曲轴设计模型分析[u]集美大学,2007，03：24-27.

[2] 谢志强.4120sg型柴油机结构有限元分析[d]武汉理工大学,2005.

[3] 黄绪鹏,卢齐.基于hyperworks的柴油机缸盖模态分析[j]汽车零部件：2011（5），80-82.