摘 要

柴油机已经成为当今最重要的动力装置，缸套作为柴油机的重要零部件之一，对柴油机的工作状态具有非常大的影响。随着柴油机技术不断发展，当代船舶的主推进柴油机行程缸径比不断上升，这样柴油机的单缸功率可以得到一定程度的增加，但是柴油机的整体刚度下降、振动加剧，这样对柴油机缸套的整体结构设计提出了更高的要求。因此进行“柴油机缸套模态分析和试验研究”具有一定的理论意义和实际工程应用价值。

本篇论文主要对某型柴油机缸套进行模态分析，主要对缸套进行有限元分析和试验模态分析。首先，利用Pro/E软件完成缸套三维实体模型，在ANSYS软件进行实体模型的网格划分，得到相应的有限元网格模型。利用ANSYS强大的分析能力，把缸套有限元模型进行有限元模态分析，得到对应理论上的固有频率和振型，最后完成相关实验得到相应数据与有限元模态分析结果进行对比，验证了理论模型的正确性，完善相应设计要求。

关键词：有限元模态分析；试验模态分析；Pro/E；ANSYS

Abstract

Diesel engine has become the most important power plant, cylinder liner as one of the important parts of the diesel engine, the working state of the diesel engine has a very big impact. With the continuous development of diesel engine technology, the propeller ratio of the main propulsion diesel engine of the contemporary ship is increasing, so that the single cylinder power of the diesel engine can be increased to a certain extent, but the overall stiffness of the diesel engine is reduced and the vibration is aggravated. The overall structure of the diesel engine cylinder The design raises a higher demand. Therefore, the "Diesel Engine Cylinder Modal Analysis and Experimental Research" has a certain theoretical significance and practical engineering application value.

This paper mainly carries on the modal analysis to the diesel engine cylinder liner, mainly carries on the finite element analysis and the test modal analysis to the cylinder liner. Firstly, the three-dimensional solid model of the cylinder liner is completed by Pro / E software, and the corresponding finite element mesh model is obtained by the grid model of the solid model in ANSYS software. By using the powerful analytical ability of ANSYS, the finite element model of the cylinder liner is analyzed by finite element method, and the corresponding natural frequency and mode are obtained. Finally, the corresponding data are compared with the finite element modal analysis results. The correctness of the theoretical model, and improve the corresponding design requirements.

Key Words: Finite Element Modal Analysis; Experimental Modal Analysis; Pro / E; ANSYS

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究目的及意义 3

1.4 研究内容和技术路线 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2 技术路线 4

第2章 理论基础和软件平台 5

2.1 有限元分析理论 5

2.2 模态分析理论 7

2.2.1 计算模态分析（有限元模态分析） 9

2.2.2 试验模态分析（EMA） 9

2.3 自由模态分析 10

2.4 模态分析软件平台 10

2.4.1 三维模型软件-Pro/E 10

2.4.2有限元分析软件-ANSYS 10

第3章 柴油机缸套的模态分析 12

3.1 缸套实体模型的建立 12

3.2 缸套有限元模型的建立 13

3.3 缸套模型材料的属性 14

3.4 缸套有限元自由模态分析 14

3.4.1 边界条件的确定 14

3.4.2 计算结果分析 14

3.5 柴油机缸套结构的试验模态分析 16

3.5.1 缸套试验模态分析目的 16

3.5.2 缸套支承方式 16

3.5.3 缸套激振方式 17

3.5.4 缸套激励点和测点的选取 17

3.6 缸套模态结果分析 17

3.6.1 实验数据的有效性验证 17

3.6.2 试验模态结构分析 19

3.7 实验模态分析结果与计算模态分析结果比较与分析 20

第4章 结论与展望 21

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景

自从上个世纪第一台内燃机创世以来，内燃机一直作为人们最重要的动力设备。通常以热效率高的优势，在船舶、汽车、火车、耕地机等工程机械和农用机械工作领域得到了厂泛地运用[^[1]]。扩充人们的活动空间，同时也改变了人们的工作方式。内燃机是一种热力发动机，按照使用的燃料来分，可以划分为柴油机、汽油机、CNG和LPG等。内燃机的出现给人们物质生活和交通方式带来巨大的变革，因为内燃机拥有单功率从基数马力到上万马力的宽阔范围，无论是从热能的利用率还是单位功率的支付费用来说，内燃机的经济性都是最好的，因此内燃机在社会经济和国防工程上得到了广泛的运用。随着人们生活质量的改善和环境保护意识增强，保护人们生存的自然环境，改进人们工作和生活的环境刻不容缓。

柴油机作为船舶的主要的动力装置，在船舶航行中起到自关重要的地位，为船舶提供主要的推进动力和船舶发电机的动力来源。其中缸套在柴油机运行过程中起到至关重要的地位，缸套是柴油机燃烧室的重要构件之一，以及缸套还为活塞起着导向作用。缸套在恶劣环境下工作，产生变形是必然的结果。缸套在工作过程中不规则变化将会导致活塞与缸套间的正常工作间隙发生异常地改变。当今船舶柴油机行程缸径比不断提升，可以在定程度上提高柴油机单缸功率。一般情况单方面的提高必然导致其他方面平衡的失调，柴油机行程缸径比提高，柴油机整体刚度下降，振动加剧是必然的结果。于是对柴油机缸套的整体结构设计就要提出了更高的要求。缸套在复杂环境工作，很容易发生缸套变形，引起缸套振动加重[^[2]]。如果缸套发生振动，就会使缸套的中心线与主轴承孔中心线不垂直，导致运动件配合间隙发生改变。