含阻尼结构的下曲轴箱声辐射特性研究

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    0 引言

    发动机的油底壳是发动机表面辐射噪声的主要部件，其表面辐射噪声约占整机噪声的 20%~30%左右[1]。 油底壳噪声控制的方法有多种，可以从声源处进行控制，对油底壳进行结构改进、采用阻尼结构等方法。 现有的文献表明，对于采用阻尼结构控制发动机壳体结构声辐射的研究方法，现阶段基本上完全依赖于试验研究，方案设计单一，试验结果受环境条件影响很大。 而相关的数值研究方法还仅仅限于理论推导，无法直接指导设计工作，更难以完成进一步的动态特性分析、 声学特性分析工作。采用现代 CAD/CAE 技术模拟阻尼处理后的振动体并进行相关分析，对于本领域的研究具有非常重要的意义。 本文主要开展油底壳结构振动及声辐射特性分析以及采用阻尼结构控制油底壳声辐射特性的研究。

    1   油底壳结构振动特性仿真分析

    本文的研究对象是某柴油机的油底壳。 该油底壳壁厚 6mm，长 936mm，宽 348mm，高 336mm。 在有限元软件 I-DEAS 中建立其三维实体模型并对该实体模型进行网格划分， 采用四面体单元， 尺寸为30mm 划分的有限元模型 ， 共有 27003 个节点 ，14122 个单元。 首先对油底壳进行模态分析，得到了油底壳在法兰部分约束状态下的固有频率及相应的模态振型。 为了研究油底壳的声辐射情况，还需对油底壳进行结构动力学分析，以了解油底壳在外激励下的振动情况。 本文应用模态叠加法对油底壳进行振动分析研究。

    1. 1 振动响应计算的条件

    在对油底壳进行模态计算时，对接触表面（法兰面）施加了法向接触自由度，并计算了相应的接触模态，为振动响应计算中对法兰面施加强迫振动提供了准备条件。

    对接触表面上所有具有强迫振动自由度的节点施加法向加速度 10mm/s2的激励， 计算得到表面振动速度、振动加速度、模态参与因子等响应结果。

    1.2 振动响应结果分析

    为了描述油底壳在各频率下的振动情况， 本文分别在油底壳的两侧面及底部选取 4 个点作为考察点，位置如图 1 所示。

    在 I-DEAS 中， 通过动响应计算得到在 0~2000Hz 频率范围内的振动速度频响应函数，并作出了上述各点沿 X、Y、Z 三个方向的振动速度、 加速度分量分别随频率变化的响应函数图，其振动速度分量、加速度分量频响函数如图 2 所示，X 为长度方向，Y 为宽度方向，Z 为高度方向。 如图 2 所示，X 方向上点②的振动最剧烈振动速度、加速度都较大，Y方向上两侧上的点①、点③振动最为剧烈，Z 方向上底板上的点④振动最为显著，速度、加速度分量在数值上都占有绝对优势。