双层隔振系统有限元建模方法探讨

    1 引言

    随着内燃机轻型、高速、大功率化以及在船舶、汽车、机车等领域的广泛应用，其整机与基础之间的耦合振动问题日益严重，而人们对振动噪声控制的要求越来越高，使内燃机的振动控制问题成为研究热点[1-2]。由于内燃动车柴油发电机组对隔振性能要求很高，所以动力总成机组采用双层隔振系统[3-4]。而且双层隔振系统中支撑机组的公共构架不仅结构复杂，而且还安装很多附属设备。所以构架的有限元建模精度直接影响着后续隔振问题的隔振效果。使用有限元软件 ANSYS 建立双层隔振系统的模型，为后续的隔振问题提供基础。ANSYS是一个广泛应用于机械制造、石油化工、造船、航空航天、汽车交通、电子等众多工业领域，集结构、热、流体、电磁、声学于一体的以有限元分析为基础的大型通用CAE软件。国际上，在广泛应用ANSYS进行产品开发的相关机械企业中，有限元分析已是设计链中必须的常规程序，没有有限元分析设计不能进入下一个技术流程。新产品开发中的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题可成熟地在设计阶段解决，大幅度地提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省了大量的开发费用，同时避免了产品投放市场初期市场出现的质量问题[5-7]。ANSYS 有限元分析软件使用得当，不仅可以保证产品的高质量，而且可以协助企业逐步提升产品的自主开发能力。对公共构架的建模中存在的问题如圆弧处网格的划分、单元属性设置、隔振器的等效方式等做进一步探讨，而且对刚性机组的建模也做了进一步的分析。研究方法可为类似的结构的双层隔振系统的建模问题提供参考。

    2 典型双层隔振系统模型

    典型的双层隔振系统是有二级隔振系统组成，上层质量系统，中间质量和它们之间的隔振器组成。研究的双层隔振系统类似图1，机组通过隔振器安装在两横梁和两纵梁的公共构架上，公共构架通过 4 个二级隔振器悬吊在车体上，其他附属设备如冷却装置、水箱、油箱和消音器与公共构架刚性连接，内燃动车上使用的典型的双层隔振系统三维图，如图1所示。

    3 有限元模型的建立

    根据双层隔振系统的结构，可以将双层隔振系统分为刚形体建模和柔性体建模。其中刚形体建模包括柴油机、发电机、以及与公共支撑构架刚性连接的附属设备，包括空滤器、水箱、油箱、消音器，以及与公共构架弹性连接的冷却装置，静压泵。柔性体建模主要是支撑机组和附属设备的公共构架。

    3.1 公共构架有限元模型的建立