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某型号汽油机机体有限元模态分析 赵宝新 胡海龙 （长城汽车股份有限公司） 摘要：本文以美国DS 公司研发的ABAQUS 软件为工作平台，建立了某型号汽油机机体三维实体模型， 并采用有限单元法对其进行了自由模态的有限元分析，得出了机体各模态下的固有频率和振型，为分析该 机体振动响应作了必要准备，为改进机体的结构设计提供了一定的理论依据。 关键词：ABAQUS 机体 自由模态 1 引言 机体是发动机的主体结构，是其他零部件安装的基础,也是在气缸盖和运动件之间构成力传递的环节。 在实际工作中，机体承受着交变的复杂载荷。当发动机的激励力频率与某阶固有频率相等或接近时，就会 产生共振，从而导致较大的弯曲和扭转变形。这不仅影响发动机的工作可靠性，而且对发动机工作性能、 噪声及车辆行驶的平顺性等有着重要的影响，因此对机体进行模态分析研究显得非常重要[1,2]。此次自由 模态的计算同时是对缸体数模进行校正，为EXCITE PU 整机NVH 计算提供准确的子结构压缩模型。 2 机体有限元模型的建立 该汽油机机体有限元模型如图 1 所示，采用一阶八节点六面体网格划分，有限元模型包括缸体、主轴 承盖及上下轴瓦，单元总数为803683。 图1 机体有限元模型 3 机体有限元模态模态分析 自由模态即机体不受任何内力、外力作用,也没有任何约束限制的状态。通过自由模态分析，可得出机 体各部分振动的强弱分布以及抗振薄弱区，从而为机体动力学优化设计提供必要的依据[3] 。因前六阶自 由模态振型为刚体的自由运动,其固有频率为零,故在计算其固有频率时从第七阶算起。在ABAQUS 中计算得 到机体的自由模态，该分析提取了机体的前十阶模态，其固有频率值如表1所示，振型图如图2～图7所示。 表1 机体自由模态固有频率 阶次 固有频率/Hz 阶次 固有频率/Hz 1 阶 465.15 2 阶 832.36 3 阶 1024 4 阶 1152 5 阶 1198.5 6 阶 1342.3 7 阶 1395.4 8 阶 1532.7 9 阶 1639.6 10 阶 1688.4 图2 一阶模态 图3 二阶模态 图4 三阶模态 图5 四阶模态 图6 五阶模态 图7 六阶模态 4 结论 通过ABAQUS软件，用六面体网格可以准确地计算汽油机机体自由模态的固有频率，可为机体的结 构修改和新产品的开发提供开发方法和依据。 参考文献 [1]吴炎庭,袁卫平. 内燃机噪声振动与控制[M].北京:机械工业出版社,2005. [2]靳卫新,陈国华,王海成等.大功率柴油机机体三维模态分析[J].内燃机报,1997(2):212-216. [3]张云侠. 3100QB柴油机机体结构静力与模态CAE分析研究[D].昆明:昆明理工大学, 2002.