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摘 要:研究振动系统的振动特性，需要研究振动系统的模态特性参量，主要包含有振动系统的模态质量、固有频 率、模态刚度、模态阻尼、固有振型等。
建立振动系统的运动方程，进行模态分析。
可以深入分析振动系统结构动态特性, 是对振动系统结构进行减震降噪设计的重要前期研究。
关键词：油底壳;减震降噪;模态分析基于油底壳减振降噪模态分析陕西国防工业职业技术学院汽车工程学院 逮世廷1油机油底壳有限元模型建立以某型号汽油发动机油底壳为研究对象，根据发动机的油底壳参数，选取单元特征尺寸为5mm 、10mm 、15mm 、20mm 的四 面体，对油底壳网格划分，分析结果如图1：a 网格尺寸20mm 行建模分析。
2柴油机减振降噪关键结构模态分析发动机油底壳最主要的作用是储存润滑油并且散热，同时 当发动机工作时,油底壳表面会产生复杂的振动,发出强烈的噪声，是发动机噪声的重要来源之一［日。
因为发动机的油底壳跟发动机机体是通过螺栓连接的，在做模态分析时,约束条件是全自由度约束［3］,基于HyperWorks 软件，将油底壳模型导入HyperWorks-Radioss 模块中，对发动机油底壳进行约束模态计算,得到各阶振型，见图3：b 网格尺寸15mm第1阶第2阶c 网格尺寸10mm d 网格尺寸5mm图1油底壳有限元网格模型基于兰索斯法，运用I-DEAS 分析软件，对发动机的油底壳 的有限元模型做自由模态求解并对一阶和二阶模态结果进行收 敛分析，从而保证在中低频域内的计算精度。
图2为不同网格单 元尺寸时发动机油底壳模型固有频率的变化关系曲线。
图2不同网格单元尺寸时固有频率的变化关系曲线第4阶 第5阶图3前5阶模态振型通过分析图3,在油底壳的底板和侧板处，发动机油底壳模态振型振动变形较为明显，这些地方也是油底壳结构刚度最薄弱的地方。
在对发动机油底壳减震降噪结构优化的时候,要首先 对这些区域进行结构刚度优化。
参考文献：⑴方华.柴油机机体及油底壳低噪声结构的数值模拟研究［D ］.吉林大学,2003.［2］ 朱孟华.内燃机振动与噪声控制［M ］.北京：国防工业出版社,1995.［3］ 邓晓龙等.内燃机油底壳模态分析及噪声预测［J ］.噪声与振动控制,2003⑵：29〜31.第3阶根据不同网格单元尺寸划分，分析发动机油底壳模型固有频率的变化关系曲线得出，发动机油底壳的固有频率值是随着网格单元尺寸的减小逐渐减小的，当达到一定值时有收敛趋势。
发动机油底壳的低噪声结构设计
王奇文;郝志勇
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2012(032)003
【摘要】对某铸铝油底壳进行有限元建模,计算其自由模态,并采用有限元法和边界元法相结合的方法对其进行振动和表面辐射噪声的预测计算,得到其表面振动速度和总声功率级.对原油底壳侧面大面积平板部位进行加筋,在底部进行形状上的修改,并预测改进后结构的振动和辐射噪声水平.通过改进前后的对比表明:结构改进后自由模态频率有很大的提高,振型也有显著变化,振动幅值有所降低,总噪声水平降低3.1dB.
【总页数】4页(P90-93)
【作者】王奇文;郝志勇
【作者单位】浙江大学能源工程学系,杭州310027;浙江大学能源工程学系,杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】TK422
【相关文献】
1.汽车发动机湿式油底壳的完善与改造——一种汽车发动机油底壳新型实用专利[J], 杨立平
2.基于有限元和边界元法的油底壳低噪声结构设计 [J], 方华;王天灵;李盛成
3.发动机油底壳的低噪声结构设计 [J], 陈云; 李晨鑫
4.某型号发动机油底壳的优化设计 [J], 聂川;宗陈艳
5.发动机油底壳表面辐射低噪声结构设计 [J], 段翠芳;李伟;张纪梁
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发动机油底壳的模态试验及优化设计周斌【摘要】以某轿车发动机油底壳为对象,通过混合建模方式(即简易力学模型与模态试验结合)对油底壳的动态特性进行研究,得到油底壳的模态频率和振型.根据分析结果提出对油底壳的结构优化措施,并对改进后的油底壳进行模态分析和声学验证,结果表明:改进后的油底壳由于增加了刚度,降低了模态频率密度,减少了发生共振的机会,油底壳辐射噪声对整机噪声贡献率明显降低.【期刊名称】《西昌学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】3页(P34-36)【关键词】油底壳;振动;噪声;模态试验;声学验证【作者】周斌【作者单位】西昌学院汽车与电子工程学院,四川西昌615013【正文语种】中文【中图分类】TK401;U464汽车发动机的噪声主要包括进排气噪声、风扇噪声、燃烧噪声、机械噪声等，随着发动机向高速、轻型、大功率化发展，人们对发动机的振动噪声更加关注。
油底壳作为发动机的薄壁件，是发动机工作时振动辐射噪声的主要来源之一，占总噪声辐射的20%左右[1]。
因此，对油底壳结构进行优化设计是降低发动机噪声的重要措施。
本文利用对某款发动机油底壳的混合建模方式（即简易力学模型与模态试验结合），得到其各阶的传递函数和振动模态，确定其薄弱环节，对油底壳的结构进行优化设计，并通过试验验证改进结构的有效性。
1.1 试验方法试验采用捶击法模态试验方法，并结合系统软件进行模态分析，模态试验系统连接如图1所示。
为了能够真实反映油底壳振动的实际情况，充分显示结构较高阶模态振型，在油底壳上共布置了75个测点，如图2所示。
为了能够得到与发动机实际工作相吻合的激振频率，本试验采用在整车上测得的多个激励点激励所得的若干列频响函数来进行参数识别。
选用Ploymax模态识别模块，依据稳态图进行模态频率和模态阻尼的识别(图3)。
选用最小二乘复频域方法进行模态振型值的计算。
再利用模态置信因子(MAC)和模态参预因子对识别出的模态参数进行检验[2,3]。
柴油机油底壳振动特性分析及改进Analysis and Improvement of Vibration Characteristics for Diesel Engine Oil Sump张益锋;薄存志;周冬冬(浙江新柴股份有限公司）摘要：本文主要通过有限元计算，对某柴油机油底壳进行振动特性分析，优化设计新结构油底壳，并对新结构油底壳进行了模态 分析。
同时，在试验台架上，对新、日结构油底壳进行了共振分析对比及新结构油底壳的共振耐久考核。
试验结果证明：新结构油底壳 改变了固有频率，避免了共振发生，解决了油底壳开裂问题。
也验证了有限元计算结果的准确性。
关键词：油底壳;有限元计算;共振分析；固有频率Key words:oil sump；FEA；vibration analysis；natural frequency〇引言油底壳是柴油机的关键部件之一，其主要作用为储存润滑所用机油，同时封闭曲轴箱，随着柴油机轻量化的要求，油底壳一般采用薄钢板冲压而成。
但作为薄壁件，其振动噪声问题日益严重。
其振动响应特性与可靠性关系密切[1]。
某柴油机油底壳在市场上多次出现开裂现象。
本文通过对旧结构油底壳进行有限元计算，确定了原结构模态频率，找到了故障发生的根本原因。
并根据计算结果，改进设计新结构油底壳，使其模态频率提高，避免共 振发生，且新结构油底壳通过了共振耐久考核，彻底解决 了市场上油底壳开裂故障。
作者简介：张益锋（1986-)，男，浙江新柴股份有限公司，主要从事 柴油机振动噪声方面的研究。
干涉连杆的正常运转。
在活塞内腔结构设计中也要考虑到 热负荷的影响，原因是活塞顶部所需要承受较高的热负 荷，这会引起内腔结构中产生温度应力变化。
因而可按照 热流型设计内腔结构，能够保证活塞顶部的热量被有效地 分散。
活塞裙部的壁厚，也会影响内腔结构，活塞裙部的壁 厚与裙部的侧压力以及活塞材料等因素有关。
对于活塞外圆的设计，其主要分为两个部分：顶部外 圆设计与裙部外圆设计。
基于Abaqus的汽车发动机油底壳动力学性能优化崔宽【摘要】为提升汽车发动机油底壳动刚度,减少其振动噪声,对其动力学性能进行优化.利用SolidWorks设计某型号油底壳初始模型,采用Abaqus分析其模态和频率响应,并根据分析结果对原始模型进行优化设计.优化后的汽车发动机油底壳结构动力学性能显著提升.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2016(025)004【总页数】5页(P44-47,54)【关键词】汽车;发动机;油底壳;刚度;噪声;模态;频率响应;优化【作者】崔宽【作者单位】广州中国科学院工业技术研究院,广州511458【正文语种】中文【中图分类】TB123;TK411.6随着人类生活水平的提高，汽车已经成为众多家庭必备的出行工具.人们对汽车舒适性的要求越来越高，提高汽车舒适性能是汽车企业提高市场竞争力所要考虑的一个重要方面.汽车振动噪声严重影响乘员的舒适性.发动机噪声是汽车等机动车主要噪声来源，其薄壁构件之间相互振动和碰撞产生的辐射噪声占发动机总噪声的15%～20%，特别是油底壳与机体之间振动传递尤为显著.[1-3]研究发动机油底壳的动态力学性能，对于提高油底壳动刚度，减少振动辐射噪声，具有重要的现实意义.[4-5]本文利用Abaqus对某型号发动机的油底壳进行模态分析和频率响应分析，找到原始设计的结构动刚度较小的部位，然后对其进行优化设计，以改善结构的动力学特性.1.1 模态分析理论基础模态分析可以分为解析模态分析和实验模态分析.用质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵分别表示结构的质量分布、刚度分布和阻尼分布，最终求得结构的模态参数称为解析模态分析.实验模态分析是利用实验仪器得到频响函数或者是脉冲传递函数，然后运用参数识别方法求得结构的模态参数.[6]本文利用解析模态分析方法来进行研究.模态分析理论基本假设为线性假设、时不变假设和可观测性假设.根据这3种基本假设可知：模态分析实际上是将微分方程组中的物理坐标转换为模态坐标，解耦方程组，并使其变成仅以模态坐标和模态参数描述的方程，坐标变换的变换矩阵为振型矩阵，其每列即为各阶振型.由于模态变换属于线性变换，所以可以由各阶模态的叠加得到系统的动态响应，响应的大小取决于各阶模态的参与系数.通常，低阶模态的参与系数要高于高阶模态的参与系数，所以通常取前几阶模态叠加就可以得到系统的动态响应.[7-8]考虑假设其解为代入特征方程或式中：λ=ω2对于N自由度系统，有N个固有频率；与固有频率对应的特征向量称为模态振型；当结构振动时，在任意时刻，结构的形状为它的模态的线性组合.1.2 频率响应分析理论基础频率响应分析是计算在稳态激励下结构动力响应的方法.在频率响应分析中，激励载荷是在频域中明确定义的，所有外力在每一个指定频率上是已知的.力的形式可以是外力，也可以是强迫运动(位移、速度、加速度等).计算结果通常包括节点位移、加速度、单元力和应力等.频率响应分析有两类不同的数值方法可以选择：直接法和模态法.直接法按照给定的频率直接求解耦合的运动方程；而模态法利用结构的模态振型来对耦合的运动方程进行缩减和解耦，同时由单个模态响应的叠加得到某一给定频率下的响应结果. 频率响应分析需要考虑以下几点[9]：(1)如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小得多，那么做静力分析就足够了.(2)阻尼很小的结构在激励频率接近于谐振频率时，会表现出很大的动力响应.在这样的响应问题中，模型上一个小的改动就可能产生响应上明显的变化.(3)如果希望对峰值响应进行充分的预测，必须使用足够小的频率步长.对每个半功率带宽，至少需要使用5个点.(4)为了得到最大的效率，应使用非均匀频率步长.在谐振频率区域使用较小的频率步长，在离开谐振频率的区域使用较大的频率步长.有限元模型是有限元分析中的基础,反映几何模型在实际工作过程中的受力情况和结构的力学关系，包括材料属性、外部载荷和约束等信息.油底壳有限元模型见图1.有限元模型建立过程如下：(1)所研究的油底壳是通过冲压工艺而成型的，结构的壁厚均匀，厚度为1.6 mm，在SolidWorks中建立油底壳几何模型，将三维几何模型导入Abaqus中，由于结构具有薄壁特征，采用壳单元进行分析精度很高，故需要提取结构中面，为有限元模型网格划分做准备.(2)在油底壳实际工作过程中，法兰和机体下表面通过螺栓连接在一起，故对螺栓连接处的节点进行约束.(3)油底壳材料为宝钢DC06钢材，弹性模量为2.06E+5 MPa，泊松比为0.3，密度为7.85E-9 t/mm.(4)由于模型特征较多，故采用Abaqus/Standard求解器中的S4R和S3两种单元混合建模，其中S3起网格过渡作用.2.1 原始模型的模态分析采用Abaqus/Standard求解器的Lanczos方法进行模态求解，提取结构的前100阶频率.该方法对模型规模较大，所提取振型较多时，求解速度更快.使用振型叠加法分析线性动态问题时，要保证频率提取分析步中提取足够数量的模态，以保证求解精度，判断标准为在主要运动方向上的总有效质量要超过模型中可运动质量的90%.[10]模型总质量为2.199 801E-3 t，由于受约束节点比例很小，可运动质量近似等于模型总质量，z方向为主要运动方向，有效质量为2.071 480E-3 t，占可运动质量的比例为94%.因此，提取100阶振型是足够的.原始模型前6阶固有频率见表1；原始模型的前6阶模态振型见图2.由图2可知前6阶振动主要在油底壳底部大平面区域.在设计过程中应该对底部区域进行加强处理，提高结构的振动性能.2.2 原始模型的频率响应分析模态分析得到油底壳固有频率和振型，但是要进一步了解其动力学特性，需要进一步分析结构的频率响应.实际工作中油底壳受到的激励是通过机体传递过来的，并且油底壳的刚度小于机体裙部，因此可以把油底壳和机体看成是非耦合系统[1-3].油底壳仅接受和机体连接的振动激励，因此可以在螺栓孔位置施加激励载荷.本文采用油底壳和机体连接处螺栓的多点垂向(z向)单位位移(1 mm)的激励来替代实际的激励，频率响应分析的频域范围为0～1 500 Hz，结构模态阻尼因子取0.06.以模态分析为参考，选取2个具有代表意义的点作为参考点.参考点位置见图3；两个观察点z方向位移响应见图4.结果表明：观察点1在289 Hz和852 Hz附近位移响应达到峰值，分别由第1阶和第6阶模态振型引起.观察点2在410 Hz和467 Hz附近位移响应达到峰值，由第2阶模态振型引起.由于该结构底部为大平面结构，通过以上分析了解到，结构的前几阶振动主要集中在底部，为增加底部刚度，在底部大平面加5根纵向加强筋，底部小平面加2根纵向加强筋和2个横向小凸台.以改善结构动力学性能.优化后的油底壳模型见图5. 对优化后的结构进行模态分析，对比原始模型固有频率，见图6.前6阶固有频率分别提升55.610%,41.750%,18.053%,63.857%,27.865%和16.524%，说明加强筋对结构整体刚度提升很大.对优化后的结构进行频率响应分析，对比原始模型的z方向位移响应，见图7.优化后的结构在两个观察点峰值响应出现时的频率远远大于优化前的结构，说明底部动刚度改善很大，与模态分析结论一致.对某型号发动机油底壳进行初步设计，从动力学角度分析结构的动刚度，找到结构较薄弱部位，对底部平面区域进行优化设计，增加7根加强筋和2个小凸台.优化后结构的动刚度改善很大，固有频率提升显著.在发动机不同频率的激励下，优化后的结构位移响应峰值相比原始结构在更高的频率点出现.该方法对油底壳的设计具有重要的指导意义.【相关文献】[1] 方立桥. 油底壳加强筋和滚筋结构优化设计[D]. 北京: 北京交通大学, 2013.[2] 张海娟. 发动机油底壳振动与噪声辐射研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2006.[3] 郑光泰. 发动机镁质油底壳开发振声特性研究及优化设计[D]. 浙江: 浙江大学, 2008.[4] 袁兆成, 张亮, 方华, 等. 4118Z型柴油机油底壳模态与结构分析[J]. 汽车工程, 2001, 23(3): 156-159. DOI: 10.3321/j.issn:1000-680X.2001.03.004.YUAN Z C, ZHANG L, FANG H, et al. Modal analysis and structure analysis for oil-pan of 4118Z diesel engine[J]. Automotive Engineering, 2001, 23(3): 156-159. DOI:10.3321/j.issn:1000-680X.2001.03.004.[5] 倪伟. 发动机油底壳的设计探讨[J]. 内燃机与动力装置, 2012(2): 51-53. DOI:10.3969/j.issn.1673-6397.2012.02.014.NI W. Discussion on engine oil pan design[J]. Internal Combustion Engine & Powerplant, 2012(2): 51-53. DOI: 10.3969/j.issn.1673-6397.2012.02.014.[6] 崔宽. 含缺陷类桁架点阵夹芯结构振动性能分析[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.[7] 曹树谦, 张文德, 萧龙翔. 振动结构模态分析: 理论实验与应用[M]. 2版. 天津: 天津大学出版社, 2014: 1-50.[8] 胡海岩. 机械振动基础[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2005: 1-6.[9] 田利思, 李相辉, 马越峰, 等. MSC Nastran动力分析指南[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012: 1-74.[10] 石亦平, 周玉蓉. Abaqus有限元分析实例详解[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006: 279-301.。
柴油机油底壳动态密封性能改进
马富银;黄新良;吴伟蔚;李金国
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2012(037)003
【摘要】油底壳的作用是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳,防止杂质进入,并收集和储存由柴油机各摩擦表面流回的润滑油,散去部分热量,防止润滑油氧化,所以提高其密封性能是极为重要的.利用非线性有限元分析软件Abaqus对等效冲击载荷作用下油底壳的密封性能进行分析,通过施以螺栓预紧力和传动轴的惯性冲击作用,得到其应力分布和密封面闭合量分布关系.根据初始设计件中存在的闭合量较大的问题,对结构进行局部壁面加厚和壁面加筋改进,并通过数值模拟对改进方案的效果进行验证,得到密封性能能够满足要求的改进方案.
【总页数】5页(P98-101,112)
【作者】马富银;黄新良;吴伟蔚;李金国
【作者单位】上海工程技术大学汽车工程学院上海201620;上汽集团上海幸福摩托车有限公司上海201900;上海工程技术大学汽车工程学院上海201620;上汽集团上海幸福摩托车有限公司上海201900
【正文语种】中文
【中图分类】TB42
【相关文献】
1.390型柴油机油底壳裂纹的研究与改进方案 [J], 侯宏庆
2.柴油机油底壳的失效分析与改进 [J], 蔡达威;张松
3.柴油机油底壳振动特性分析及改进 [J], 张益锋;薄存志;周冬冬;
4.柴油机油底壳振动特性分析及改进 [J], 张益锋;薄存志;周冬冬
5.某柴油机油底壳异响问题分析与改进 [J], 王春凤;邓尧鑫;涂宏海;王辉;安娜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
