随着柴油机向高功率密度方向发展,其工作转速和功率密度逐渐提升,整机结构振动和噪声问题越来越受到人们的关注,振声特性逐渐作为一项关键指标逐渐融入内燃机设计中。内燃机的激励载荷分析作为整机振动噪声问题的研究基础,是整机振声分析结果可信性的重要保证。本文从内燃机整机工作过程中所形成的多种激励源出发,结合实验研究,系统研究了引起整机结构振动噪声的激励载荷形成原理及相关数值模拟方法。结合所建立的整机动力学分析模型,完成结构动态特性研究,并对整机辐射噪声进行精确预估分析,对内燃机主要结构进行声学优化分析,主要研究内容如下:根据发动机台架性能实验测试结果,采用模块分解法,完成发动机性能仿真模型的建立,并对发动机燃烧性能以及进、排气系统气流特性参数进行分析,借助三维流体动力学理论,对发动机进、排气管路内气体脉动压力进行分析,应用Lighthill流体声学类比理论对气体流动过程中所形成的偶极子声源产生的声压及频率分布特征进行预测分析。采用动态子结构缩聚理论,分析了非线性阻尼弹簧单元及流体动力润滑油膜支撑作用对内燃机曲轴系统主轴承载荷的影响,同时探讨了主轴承轴心轨迹、油膜压力和油膜厚度等润滑特性以及曲轴的扭转振动,并获得曲轴主轴承动态激励载荷分布规律和载荷峰值特征。应用多物理场耦合分析理论,根据温度场测试信息,对发动机燃烧室组成构件的结构工作变形进行分析。通过所建立的活塞二阶运动分析模型,对活塞的敲击运动进行研究,同时探讨了内燃机冷却水套不同控制参数对活塞敲击力的影响规律。利用多质量模型和多体动力学分析方法,对发动机配气机构多因素影响下的气门构件的运动规律进行了研究,应用碰撞接触理论,建立了气门落座力的数值计算模型,并确定模型中接触刚度和力学指数,同时探讨了气门落座峰值载荷与恢复因子、气门质量及气门落座速度等参数的响应关系。结合内燃机结构动态实验测试,采用相关性验证分析方法,完成发动机复杂结构动力学仿真分析模型,通过分析可知,在引入进、排气管路结构后,整机模态密度发生了改变,模态响应函数峰值整体左移,同时凸显峰值的模态阶数数量有所增多,模态参与因子在400~600Hz频段内出现贡献量较大。整机高频振动区域主要集中于发动机进、排气管路和气门罩及机体下部的油底壳处。应用CFD/BEM声学耦合分析方法,耦合进、排气管路气体脉动压力及偶极子声源,对整机的外辐射声场进行预估分析。结合整机组成构件声学贡献量分析结果,针对发动机主要辐射噪声结构件油底壳的结构进行了声学优化分析,进而降低整机的辐射噪声水平。