基于ANSYS的某柴油發(fā)電機(jī)組模態(tài)分析

陳孟，馮少東，黃慶

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海200233）

研究與開發(fā)

基于ANSYS的某柴油發(fā)電機(jī)組模態(tài)分析

陳孟，馮少東，黃慶

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海200233）

柴油發(fā)電機(jī)組中柴油機(jī)的活塞為做周期運(yùn)動的部件，在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生機(jī)械振動，因此需要通過隔振器與地基進(jìn)行隔離。為了證明隔振設(shè)計(jì)是否合理，有必要對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行模態(tài)分析，確定是否避開柴油機(jī)的工作頻率。應(yīng)用ANSYS有限元軟件，建立柴油發(fā)電機(jī)組的有限元模型，對其進(jìn)行模態(tài)分析，將模態(tài)結(jié)果與柴油機(jī)工作頻率進(jìn)行比較，結(jié)果顯示柴油發(fā)電機(jī)組的隔振設(shè)計(jì)合理有效。

柴油發(fā)電機(jī)組；模態(tài)分析；ANSYS軟件；隔振設(shè)計(jì)

0　引言

柴油發(fā)電機(jī)是一種發(fā)電設(shè)備，以柴油為燃料，通過柴油機(jī)氣缸將能源轉(zhuǎn)換成動力驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。柴油發(fā)電機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、增壓器等部件組成，集成安裝在公共底座上。

由于柴油機(jī)氣缸做周期性運(yùn)動，具有一定的工作頻率。如果柴油機(jī)組的結(jié)構(gòu)固有頻率與柴油機(jī)的工作頻率接近，容易發(fā)生共振而產(chǎn)生大幅度的振動，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的破壞或失效。因此為了避開柴油機(jī)的工作頻率，柴油機(jī)組安裝時(shí)在公共底座與地基之間布置有隔振器。因此需要對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行模態(tài)分析，以確定柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)固有頻率是否已經(jīng)避開了柴油機(jī)的工作頻率，確保柴油機(jī)運(yùn)行的可靠性。本文利用ANSYS有限元軟件，建立柴油發(fā)電機(jī)組的有限元模型，通過模態(tài)分析計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)組的固有頻率，為柴油發(fā)電機(jī)組的隔振設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1　模態(tài)分析簡介

模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是結(jié)構(gòu)固有的振動特性，每個(gè)模態(tài)具有固定的頻率、阻尼比和振型。模態(tài)分析是指通過公式或軟件計(jì)算得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的頻率、振型等動態(tài)特性參數(shù)的一種方法。

對于一個(gè)有N個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來說，其通用的動力學(xué)方程為：

其中[M]、[C]、[K]分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣分別為加速度向量、速度向量和位移向量；F（t）為載荷向量。

對于無阻尼自由振動來說，阻尼和激振力均為零，即[C]和F（t）均為0，那么動力學(xué)方程簡化為：

該方程的解假設(shè)為以下形式：

其中φ為N階振型向量，ω為振動頻率，t為時(shí)間。將上述結(jié)果代入式（2）得到廣義特征方程：

圖2　柴油發(fā)電機(jī)組第1階振型

圖3　柴油發(fā)電機(jī)組第5階振型

圖4　柴油發(fā)電機(jī)組第9階振型

[1]王勖成．有限單元法[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]龔曙光，謝桂蘭．ANSYS操作命令與參數(shù)化編程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Modal Analysis for Diesel Engine Generator Based on ANSYS

CHEN Meng，F(xiàn)ENG Shao-dong，HUANG Qing
（Shanghai Nuclear Engineering Research&Design Institute,Shanghai200233）

The piston of diesel engine is a component with reciprocating moving,which causes mechanical vibrations,so isolators are set between diesel engine generator and base ground to isolate the mechanical vibration.In order to prove the validity of isolator design,a modal analysis should be performed to make sure that the nature frequencies of diesel engine generator avoid the operating frequency of diesel engine.A finite element model of diesel engine generator is established and a modal analysis is run using ANSYS Code.The nature frequencies are compared to the operating frequency of diesel engine,the result indicates that the design of isolator is reasonable.

Diesel Engine Generator;Modal Analysis;ANSYS Code;Isolator Design

1007-1423（2016）16-0003-03DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.16.001

陳孟（1982-），男，浙江余姚人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榉磻?yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)馮少東（1984-），男，浙江寧波人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榉磻?yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)

2016-04-25

2016-05-25

國家科技重大專項(xiàng)課題（No.2010ZX06001-02）

黃慶（1978-），女，四川資中人，碩士研究生，高級工程師，研究方向?yàn)榉磻?yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)