Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших экологических проблем современного общества является все возрастающий транспортный шум, доля которого в общем звуковом фоне современного города по данным НИИСтройфизики приближается к 80 процентам. Это обусловлено увеличением количества автомобилей и автобусов в общей структуре городского транспорта, а также повышением уровня форсированности их энергоустановок, основным типом которых в настоящее время является и останется в обозримом будущем поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
В больших городах Египта, особенно в Каире, шум автомобильного транспорта становится значительной проблемой, над которой начинают работать ученые и специалисты страны.
При доведенных по шуму системах впуска и выпуска ДВС основным является структурный шум, возникающий в результате колебаний наружных поверхностей двигателя. Его уровни определяются величиной возбуждающих факторов, колебательными характеристиками конструкции, а также излучательной способностью его колеблющихся элементов. Изменение колебательных свойств конструкции позволяет влиять на структурный шум ДВС от всех источников возбуждения конструкции.
Возможности снижения акустического излучения двигателей, находящихся в эксплуатации, весьма ограничены. Поэтому конструктивные мероприятия, позволяющие создать "малошумный" двигатель, должны разрабатываться прежде всего на стадии проектирования в сжатые сроки с использованием САПР.
Экспериментальная доводка конструкции с целью снижения шума и вибрации ДВС достаточно дорогое мероприятие, эффективность которого, зачастую, определяется опытом и интуицией исследователя. Поэтому представляется целесообразной разработка обобщенных моделей основных шумоизлучающих деталей ДВС с использованием метода конечных элементов (МКЭ) с последующим проведением вычислительного эксперимента по определению их колебательных характеристик.
Цели работы. 1. Разработка общего подхода к методическому обеспечению моделирования корпусных деталей двигателей V-образной компоновки для исследования их колебательных свойств с целью снижения структурного шума ДВС. 2. Разработка обобщенных моделей блок-картера и коленчатого вала с возможностью последующего объединения их в одну колебательную систему. 3. Разработка методики экспериментальной оценки
виброакустических свойств деталей ДВС по частотам и формам собственны) колебаний, а также их акустических характеристик. 4. Проведение вычислительного эксперимента по исследованию особенностей формирования колебательных характеристик блок-картера, коленчатого валг и системы, состоящей из этих деталей. 5. Разработка методики экспресс' оценки акустической активности форм собственных колебаний по результатаь конечно-элементного моделирования.
Методы и объект исследования. Объектом исследования являлся V образный 8-цилиндровый дизель ЗиЛ-645 (84 11/11.5) АО АвтоЗИЛ и егс детали - блок-картер и коленчатый вал.
В работе сочетались методы расчетного и экспериментальногс исследования с превалированием методов расчетного моделирования с использованием метода конечных элементов. Расчеты выполнялись на 3B1V PC/AT 486.
Научная новизна. Создана методика разработки обобщенных моделей блок-картера, коленчатого вала и системы "блок-картер - коленчатый вал' ДВС V-образной компоновки для исследования их колебательны) характеристик. Определены и систематизированы частоты и формь собственных колебаний деталей дизеля ЗИЛ-645 (блок-картера, коленчатогс вала и системы "блок-картер - коленчатый вал). Исследовано влияние числг цилиндров на колебательные характеристики элементов конструкцм двигателей V-образной компоновки. Разработаны методики, позволяющие оценивать излучение, создаваемое наружными поверхностями двигателя npt экспериментальных и расчетных работах.
Практическая ценность. Методики разработки обобщенных моделеі деталей ДВС могут быть использованы при численном исследованиі колебательных свойств деталей при доводке ДВС по акустически показателям, что позволяет значительно сократить объем натурны; экспериментов и избежать грубых ошибок на этапе проектирования Результаты систематизации форм собственных колебаний (ФСК) позволяю" разрабатывать конструкцию деталей ДВС с учетом особенностей каждой и; них. Пакет программ по оценке акустической активности ФСК, полученных прі конечно-элементном моделировании, обеспечивает прогнозирование уровнеі шума, создаваемого ими, и может быть включен в состав комплекса САПР виброакустики ДВС. Реализованная методика экспериментальной оценю акустической активности ФСК может быть использована при исследованиі шума ДВС.
Практическая реализация. Результаты выполненных
экспериментальных и расчетных работ переданы для использования при доводке дизелей ЗИЛ-645 по виброакустическим характеристикам на Московский автозавод им.И.А.Лихачева. Методики и результаты, полученные в диссертации, используются в учебном процессе на кафедре автотракторные двигателей по дисциплинам "Конструкция и расчет ДВС", "САПР ДВС" специальности 15.01 (ДВС) и в НИР Проблемной лаборатории транспортных двигателей (ПЛТД) МАДИ (ТУ).
Апробация работы. Диссертационная работа была заслушана и одобрена на заседании кафедры автотракторных двигателей" Московского государственного автомобильнодорожного института (технического университета). Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-исследовательских конференциях МАДИ: 50-й (1992 г.), 51-й (1993 г.) и 52-й (1994 г.).
Публикации. Основные результаты работы изложены в одной статье и в одном научно-техническом отчете.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 165 страниц основного текста, 60 рисунков, 2 таблиц и включает в себя введение, 4 главы, выводы, список использованной литературы. Библиография содержит 92 наименования, в том числе 26 иностранных.