涡轮增压器动态特性研究和结构优化

论文摘要

涡轮增压器是通过吸收废气能量做功继而为发动机提供增压空气的机械装置。随着涡轮增压技术的应用越来越广泛，厂家和终端用户对增压器的可靠性提出了更高的要求，其中减少振动失效是产品设计的重要考核因素之一。本论文以某型电控可变截面涡轮增压器为对象，通过研究增压器结构动力学特性和优化设计，以提高整机的结构刚度和低阶固有频率，避免因发动机激励引发共振为目标开展研究，主要的研究内容与结论如下：1.利用数值计算的方法，对目标增压器进行模态分析，掌握整机的固有频率，主振型等结构的动力学特性参数，找出结构的优化方向。2.本文先后对铸铁材料的背板，整体式背板设计中间体，以及电控执行器的支架等结构进行了优化和模态分析，经与原机的动力学性能比较后,表明优化后的增压器整体的低阶模态频率得到了显著提高。3.对优化方案的增压器样件进行扫频试验，得到一阶固有频率和振型的实验值，经与数值计算结果比较后,表明数值计算对于一阶固有频率的预测比较准确，并验证了优化方案能够满足预期设计要求，大大降低了因发动机激振导致共振的可能性。本研究的成果和方法已成功地应用于解决实际工程问题，并为涡轮增压器产品的应用开发提供了思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 目标涡轮增压器的结构和应用特性分析
• 1.2.1 涡轮增压器的构造
• 1.2.2 目标涡轮增压器的结构特点和安装方式
• 1.2.3 发动机振动对涡轮增压器的影响
• 1.3 有限元和模态分析技术的发展
• 1.3.1 有限元技术的发展现状
• 1.3.2 模态分析技术的发展现状
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 基于有限元法的结构动力学分析理论
• 2.1 有限元法概述
• 2.1.1 有限元法理论
• 2.1.2 ANSYS 有限元软件介绍
• 2.2 基于有限元法的结构动力学问题
• 2.2.1 结构动力学概述
• 2.2.2 模态分析
• 2.2.3 谐响应分析
• 2.3 结构动力学的基本理论
• 2.3.1 固有振动特性
• 2.3.2 动力响应特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 涡轮增压器的结构动力学特性分析
• 3.1 涡轮增压器结构动力学建模
• 3.1.1 三维实体模型的建立
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 前处理
• 3.2 涡轮增压器整机结构动力学分析
• 3.2.1 涡轮增压器整机模态分析
• 3.2.2 涡轮增压器整机谐响应分析
• 3.2.3 优化方向讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 涡轮增压器结构动力学优化设计
• 4.1 背板的优化设计
• 4.1.1 铸铁背板建模与分析
• 4.1.2 整体式背板建模与分析
• 4.1.3 背板优化对增压器动态特性的影响
• 4.2 执行器支架动态优化设计
• 4.2.1 支架结构优化设计
• 4.2.2 优化后整机模态分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 涡轮增压器的试验模态分析
• 5.1 试验方法
• 5.2 试验结果
• 5.2.1 分体式铸铁背板设计方案
• 5.2.2 整体式背板和优化后支架设计方案
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 本文的不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文