车用四缸柴油机表面辐射噪声仿真分析及试验研究

论文摘要

随着能源问题的提出,柴油机的应用范围越来越广泛,同时柴油机的噪声问题也变得越来越突出,成为影响车辆乃至交通噪声的重要噪声源。噪声已经成为柴油机的一项重要性能指标。开展对柴油机的噪声分析及控制有重要的理论研究意义和工程实用价值。本文以一台四缸柴油机为例,应用计算机仿真技术分析了柴油机的结构振动与辐射噪声,旨在降低柴油机的整机噪声,并为在工程实际中降低发动机的振动和噪声提供指导或参考。首先建立了发动机整机的三维模型和有限元模型。在建立三维模型的时候,为了便于划分网格和减少网格数量,节省计算时间,对模型进行了简化。利用Nastran软件对发动机整机的有限元模型进行矩阵缩减,将发动机的所有自由度压缩至主自由度节点上,为后来的动态分析节省了大量时间。利用Excite软件,实现了有限元方法和多体动力学法相结合的求解体系,使得发动机的噪声分析尽可能地接近实际工况,并通过实际的试验研究进行验证。在分析的过程中,考虑了曲轴部分对发动机体的耦合作用,还有油膜非线性的影响等,使得分析工作更接近实际。论文针对发动机在2600r/min的额定工况下进行动力学仿真分析,得出发动机的表面振动速度级,并通过表面振动与辐射噪声的相关分析得出柴油机的辐射噪声级;对柴油机结构进行了低噪声改进设计,仿真分析结果表明,整机辐射噪声可降低4.9dB(A)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 发动机噪声的分类
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本课题研究的意义和主要内容
• 1.4.1 课题研究的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 第二章 噪声分析的动力学理论
• 2.1 结构动力方程
• 2.2 矩阵缩减与恢复原理
• 2.3 选取主自由度和主节点
• 2.4 本章小结
• 第三章 发动机有限元模型的建立
• 3.1 发动机的三维实体模型
• 3.2 发动机的有限元模型
• 3.2.1 发动机缸盖的有限元模型
• 3.2.2 发动机机体和整体主轴承座的有限元模型
• 3.2.3 发动机油底壳的有限元模型
• 3.2.4 发动机曲轴的有限元模型
• 3.2.5 发动机整机有限元模型的连接
• 3.3 本章小结
• 第四章 发动机表面辐射噪声的试验研究
• 4.1 发动机表面辐射噪声测试
• 4.1.1 噪声测试的标准
• 4.1.2 测量场地及所用的实验设备
• 4.1.3 声压级的测量
• 4.1.4 测量表面平均声压级的计算
• 4.1.5 声功率级的计算
• 4.2 发动机表面辐射噪声源识别
• 4.2.1 声强法识别噪声源原理
• 4.2.2 被测声源
• 4.2.3 声学环境
• 4.2.4 实验设备
• 4.2.5 测量过程
• 4.2.6 测试与计算结果
• 4.2.7 结论与分析
• 4.3 本章小节
• 第五章 发动机机体表面辐射噪声分析
• 5.1 发动机的整机连接
• 5.1.1 发动机整机连接的软件平台
• 5.1.2 发动机整机连接
• 5.2 边界条件与载荷工况
• 5.2.1 边界条件
• 5.2.2 发动机的载荷工况
• 5.3 噪声分析中的声学理论
• 5.3.1 噪声的客观度量
• 5.3.2 表面速度级和声压级的关系
• 5.3.3 发动机的声谱分析
• 5.3.4 发动机表面振动与辐射噪声的关系
• 5.4 发动机噪声分析的结论
• 5.5 发动机噪声的控制
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 论文特色
• 6.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 攻读硕士期间参与科研工作和论文发表情况说明
• 攻读硕士期间参与科研工作
• 攻读硕士期间文章发表情况
• 附录B
• 发动机各端面表面辐射噪声声强级，表面面积和声功率级