柴油机振动与噪声特性计算及燃烧噪声分离试验研究

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柴油机热效率高、扭矩大,作为原动机广泛应用于船舶、车辆、电站和工程机械。柴油机工作时产生较大的振动与噪声,减振降噪一直是柴油机的重要研究方向和热点,开展柴油机声振特性研究具有重要理论和工程意义。  论文以MAN8L21/31型船用中速柴油机为研究对象,对其振动与噪声特性进行计算与测量分析;以某型高速柴油机为研究对象,对其燃烧噪声进行一系列试验研究。本文的主要研究内容与结论如下:  1.建立了中速柴油机主要零部件的实体和有限元模型;进行了缸套自由模态试验与计算,通过对比分析试验与计算结果,修正了缸套有限元模型;采用多点约束法(MPC)用“Rigid”单元模拟了零部件间螺栓连接,并在接触面建立接触(contact),建立了柴油机整机有限元模型;计算了柴油机整机约束模态,得出了“约束模态频率较低,即柴油机易在低频段产生振动,且缸盖、罩盖、飞轮和油底壳等部件振动较大”的结论,为柴油机的减振设计提供依据;  2.用测量的缸内压力示功图(p-φ)、MATLAB和ADAMS软件计算了中速柴油机的主要激励力:①缸盖底部所受的气体作用力;②缸套所受的气体作用力;③活塞侧推力;④主轴承力;⑤进、排气阀落座力。采用附加质量法模拟了润滑油对油底壳的作用力;  3.加载了中速柴油机的激励力,用有限元法(FEM)计算了柴油机时域和频域的振动响应;测量了柴油机表面的振动响应;通过对比分析振动的计算和测量结果,得出了“振动烈度计算值(15.92mm/s)略小于测量值(17.96mm/s),计算值能反映柴油机实际振动品质(B级)”的结论;  4.在中速柴油机上加载了振动响应的频域计算值,采用边界元法(BEM)计算了柴油机的声场;测量了柴油机的声场;通过对比分析声场的计算和测量结果,得出了“1/3倍频程声压级计算和测量值变化趋势相同,且声压级值相差不大”的结论;  5.在半消声室采用倒拖法进行了高速柴油机的燃烧噪声分离试验研究,确定了燃烧噪声与运转工况、缸内压力信号的相互关系。
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