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基于Abaqus的某柴油机空调压缩机支架模态分析

徐立强朱凌云

（江淮汽车股份有限公司技术中心动力研究院，安徽合肥，230601）

摘要：本文主要是应用Abaqus对某柴油机空调压缩机支架模态进行分析，看其是否存在与发动机激励共振的

风险。

关键词：支架模态阶次

1介绍

某柴油机在试验中出现了一例螺栓断裂故障，该螺栓位置如图1所示，由于该螺栓属空压机支架、齿轮室

盖、齿轮室固定联接螺栓，初步判断其断裂有可能是因支架受发动机激励共振造成的，因此对该空压机支架进

行模态分析。

图1空压机支架及相关联接部件三维图

2计算描述

2.1计算输入参数

各零部件材料属性如表1所示，其中空压机的密度是根据质量和体积计算出来的。

表1各部件材料属性

部件材料密度[t/mm3]弹性模量[MPa]泊松比[-]

空压机支架QT500-77.0e-91.62e50.3

缸体HT2507.28e-91.38e50.26

齿轮室HT2507.28e-91.38e50.26

齿轮室盖YAL2.8e-97.4e40.3

空压机AL3.44e-97.4e40.3

螺栓STEEL7.8e-92.12e50.3

2.2网格划分

网格划分使用软件HyperMesh，单元类型选择10节点四面体单元（C3D10），有限元模型如图2所示。

图2空压机支架及相关部件有限元模型

2.3边界条件设置

在缸体切割面上固定X、Y、Z三个方向自由度；模态分析时,各零部件之间的接触定义为*TIE，为方便在

Abaqus里建立接触，在HyperMesh里先将相应的接触面分别选出并定义好。

图3约束方式

3计算模态分析

模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型，模态分析就是要

识别出结构系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计

提供依据。了解模态频率是模态分析最基本的目的，因为了解了系统的模态频率就可以知道系统在什么频率范

围内振动比较敏感；而模态振型则反映了系统在一定的模态频率下以什么样的形式进行振动，其各部位的震动

幅值的相对关系如何。

3.1计算结果

计算得出空压机支架及相关零部件1000Hz以下各阶频率如表2所示。

表2各阶模态频率

阶次频率[Hz]

1187.4

2299.7

3580

4739

5804.6

模态频率评价标准是：模型最小频率值fmin应大于1.3±0.1倍发动机在持续超速时的2阶谐振频率。该柴

油机持续超速转速4000rpm时2阶谐振频率为133Hz，即fmin160～187Hz；空调压缩机支架1阶频率为

187.4Hz，刚好处在上限频率外，发生共振的可能性很小；2阶模态频率为299.7，在评价范围的上限值之上，

详细关系如图6所示。

图4为1阶模态频率下的位移云图；图5为2阶模态频率下的位移云图。图6为转速、频率与阶次之间关

系的坎贝尔图。

图41阶模态频率下的位移云图

图52阶模态频率下的位移云图

图6坎贝尔图

4结论

1)该空压机支架模态有效避开了发动机激励频率，因此螺栓不可能是因受共振影响而断裂。

2)通过Abaqus软件能很方便的对零部件进行有限元模态分析，为设计提供计算依据。

参考文献

[1]朱凌云路明李波.基于Abaqus的发动机空压机支架的有限元分析Abaqus2010年用户大会论文