Delist.ru

Разработка методики и инструментальных средств для прогнозирования структурного шума двигателя внутреннего сгорания (16.09.2009)

Автор: Яковенко Андрей Леонидович

формирование рабочего процесса (уменьшение его динамичности путем многофазного впрыскивания топлива с помощью аккумуляторных систем на основе электронного управления, перехода на альтернативные виды топлива: природный газ, диметиловый эфир и т.д.);

применение специальных мероприятий, индивидуальных для каждого транспортного средства и дорожной машины, в составе которых работает ДВС (капотирование отдельных поверхностей, капсулирование двигателя и т.д.).

В результате выполненного анализа сформулированы задачи работы.

Задачи работы

1. Формирование интегрированной методики для прогнозирования структурного шума двигателя на различных этапах его проектирования, включающей в себя модели конструкции КШМ и МГР, рабочего цикла и источников структурного шума ДВС.

2. Разработка подсистем геометрического моделирования «Кривошипно-шатунный механизм» и «Механизм газораспределения» на основе обобщенных параметрических моделей, реализуемых с помощью средств современных информационных технологий.

3. Разработка подсистемы «Структурный шум» для оценки структурного шума двигателя, генерируемого корпусными деталями.

4. Интеграция реализованных подсистем в состав САПР «ДВС».

5. Расчетное исследование влияния на структурный шум ДВС его компоновочных схем, параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы.

6. Экспериментальное исследование структурного шума дизеля 8ЧН 12/13 с целью оценки эффективности разработанной методики расчета структурного шума.

Во второй главе описаны модели образования структурного шума ДВС от основных источников, которые были использованы при разработке подсистемы «Структурный шум».

Методики расчета структурного шума, генерируемого рабочим процессом и перекладками поршней, базируются на частотном методе и спектральных преобразованиях силового фактора. При этом силовой фактор и колебательные характеристики конструкции представляются как функции G(f) и П(f) от частоты: G(f) – сформированный с помощью преобразований Фурье образ временной функции силового фактора, а П(f) - образ временной функции переходного процесса в структуре двигателя, который возбуждается силовым импульсом.

Мощность акустического излучения от источников структурного шума ДВС на частоте kf0 может быть рассчитана следующим образом:

- средний по наружной поверхности квадрат эффективной скорости колебаний; zS(kf0) – относительный коэффициент сопротивления излучению, нормированный по площади наружных поверхностей двигателя Sд.

Задача расчета мощности акустического излучения по данной методике сводится к формированию методов определения составляющих (1).

Средний по наружной поверхности квадрат эффективной скорости колебаний рассчитывается по формуле

где n – частота вращения коленчатого вала; Мд – масса двигателя, G(kf0) – спектральная плотность силового фактора, возбуждающего конструкцию ДВС; zв(kf0) – входное сопротивление конструкции двигателя; ?(kf0) - коэффициент неупругих потерь.

При расчете входного сопротивления конструкции была использована модель эквивалентной цилиндрической оболочки. Условием эквивалентности ДВС и оболочки является равенство их масс, площадей наружных поверхностей и длин.

Силовой фактор от рабочего процесса Рг для многоцилиндрового двигателя определяется по формуле

- площадь поперечного сечения цилиндра; i – количество цилиндров.

Спектральная плотность G(kf0) силового фактора Рг записывается в виде:

Рис. 2. Схема силового взаимодействия поршня и зеркала цилиндра при перекладке

Поскольку не существует методов аналитического описания характера протекания давления газов в цилиндре двигателя, то для спектрального преобразования давление газа задается в виде массива [рг(?t)], который может быть получен по результатам расчетов или экспериментально. Для расчета спектральной плотности G(kf0) используется преобразование Фурье, которое хорошо формализовано.

При моделировании шума от перекладок поршней перемещение поршня при его перекладке структурно подразделяется на несколько фаз (рис. 2), для каждой из которых проводится анализ протекания боковой силы N.

Силовой фактор Nд, возникающий при перекладке поршня в процессе его движения, представляется как совокупность силы N и суммарного силового воздействия при ударе поршня о стенку цилиндра Худ:

При моделировании спектральной плотности силового фактора Nд учитывается свойство линейности спектрального преобразования

которого постоянна во всем диапазоне частот. Подобная картина соответствует генератору «белого шума».

одиночного эквивалентного импульса.

Спектральная плотность импульса рассчитывается по формуле:

– амплитуда импульса; ?tэкв – продолжительность импульса.

Амплитуда импульса Fуд(экв) определяется по выражению

– скорость соударения поршня с цилиндром.

Длительность эквивалентного импульса ?tэкв рассчитывается путем нормирования величины спада характеристики Gуд(экв)(kf0) на заданном уровне (обычно принимается 3 дБ).

Необходимость решения задачи прогнозирования структурного шума ДВС предопределила разработку комплекса, включающего следующие подсистемы САПР «ДВС»:

«КШМ», «МГР» - для геометрического моделирования конструкции двигателя;

«Рабочий цикл» - для формирования модели рабочего цикла дизеля;

«Структурный шум» - для отображения процесса структурного шумоизлучения от рабочего процесса и соударений в механизмах ДВС.

Подсистема «Рабочий цикл» была сформирована на основе методики, предложенной на кафедре «Теплотехника и автотракторные двигатели» МАДИ (ГТУ). Она адаптирована для использования в составе комплекса.

Разработанные с применением системы трехмерного моделирования подсистемы геометрического моделирования «КШМ» и «МГР», использующие обобщенные параметрические модели конструкции двигателя, сформированы с учетом требований CALS-технологий.

Модели, полученные при работе подсистем моделирования «КШМ» и «МГР», используются многоаспектно:

загрузка...