关于发动机NVH仿真

关于发动机NVH仿真-AVLEXCITE计算发动机NVH的EXCITE仿真

DrLan

建立在AVLEXCITE和有限元软件的基础上，根据发动机NVH的不同关注内容，简要地叙述如下：

一.发动机悬置优化

1.方法：悬置系统固有特性计算、解耦分析、多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、Matlab（或其它数学工具，方便地计算悬置系统固有特性）、有限元软件（简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）

3.计算总体时间：短（主要是因为动力总成可考虑成质点或质点组合，一般用3D的CAD模型测得，无需有限元网格）

4.输入数据：

(1).悬置特性（试验测得）和位置：非线性刚度和阻尼

(2).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(3).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(4).曲轴（含飞轮、皮带轮或扭振减振器等）：3维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(5).动力总成质量数据和基本几何尺寸：刚性体模型，由质点表述

5.结果评价：

(1).用Matlab构建悬置发动机系统，计算悬置系统固有频率，计算临界转速、了解各方向的耦合状况，分析解耦方案（通过改变悬置位置、悬置刚度、调整动力总成质量分布等等）

(2).EXCITE计算悬置发动机侧的振动（三向的位移、速度、加速度），以及悬置力，避免发动机整个转速工况内的悬置共振，避免过大的悬置动态变形，避免过大的悬置内力

(3).EXCITE计算得到发动机各处的位移结果，确保限位要求

6.模型难度：易（适用于整机厂和整车厂的悬置匹配方案制订）

7.模型深度：

(1).考虑悬置系统特性（由试验测得的橡胶悬置或液压悬置特性），方便修改悬置点位置和方向的定义，快速重新计算

(2).考虑多缸机的燃气力、往复和旋转惯性力、倾覆力矩等

(3).考虑轴承间隙、高速飞轮陀螺效应等非线性激励的影响

(4).可考虑调整平衡率，或使用平衡轴等，定义方便

(5).结合底盘和整车悬架系统固有频率（模态分析或试验），避免共振

(6).等

8.计算精度：适合于悬置的选择和匹配，精度较高

二.发动机整机（即动力总成）振动优化

1.方法：动力总成等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（动力总成、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）

3.计算总体时间：较长（主要是动力总成的有限元网格划分）

4.输入数据：

(1).悬置特性（试验测得）和位置：可考察非线性刚度和阻尼特性

(2).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(3).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(4).曲轴（含飞轮、皮带轮或扭振减振器等）：三维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(5).动力总成有限元网格和缩减：包括机体、缸头、缸盖、油底壳、附件等

5.结果评价：

(1).结构模态有限元分析，特别关注动力总成在1000Hz以内的Global模态成分及其临界转速，分析它们对悬置和发动机振动可能带来的影响

(2).EXCITE计算获得悬置发动机侧的振动（三向的位移、速度、加速度）、悬置力等结果，同时还可进行轴系扭振、曲轴和机体强度、液体动力学轴承计算、整机噪声分析等，是一个较为完整的发动机动力学模型

(3).避免在发动机整个转速工况内的系统共振，避免过大的悬置动态变形，避免过大的悬置内力，还可评价整机振动烈度等相关内容

(4).本EXCITE计算得到的整机振动响应，考察了悬置发动机系统固有特性、弹性体动力总成模态、激励频率成分及其强度，以及它们之间可能的耦合关系等

6.模型难度：中（国内已有多家进行了成功计算，适用于发动机厂的发动机振动控制，整车厂的高精度的悬置匹配分析等）

7.模型深度：

(1).定义橡胶悬置或液压悬置特性（特性本身由试验测得）

(2).考察动力总成模态的影响，包括悬置布置、整机质量布置、整机刚度状况、模态和频率状况

(3).考虑多缸机的燃气力、往复和旋转惯性力、倾覆力矩，以及轴承间隙、高速飞轮陀螺效应等非线性激励的影响

(4).可考虑调整平衡率，或使用平衡轴等，定义较为方便

(5).结合底盘或汽车悬架系统的固有频率（模态分析或试验），避免共振

(6).其它内容：轴系扭振、曲轴和机体强度、液体动力学轴承计算、整机噪声分析，等

8.计算精度：适合于发动机振动计算分析，悬置匹配计算等，精度高

三.发动机整机和底盘耦合振动优化

1.方法：动力总成、底盘等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（底盘、动力总成、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）

3.计算总体时间：很长（主要是动力总成和部分底盘的有限元网格划分，以及整车悬架系统参数的获取等。也可以降低模型深度，见下面模型深度中的叙述）

4.输入数据：

(1).悬置特性（试验测得）和位置：可考察非线性刚度和阻尼特性

(2).车辆底盘悬架系统刚度阻尼等基本参数（需试验获得）

(3).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(4).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(5).曲轴（含飞轮、皮带轮或扭振减振器等）：三维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(6).动力总成和底盘有限元网格和缩减等

5.结果评价：

(1).为了解发动机振动对操控性的影响，特别关注发动机悬置系统(Matlab)、整车悬架系统(Matlab)、底盘模态(FEA)、发动机模态(FEA)、载荷频率特性(EXCITE)、整机振动响应(EXCITE)之间的相互关系

(2).EXCITE强迫振动计算结果获得：悬置发动机侧的振动（三向的位移、速度、加速度），以及悬置力，进行悬置综合隔振分析

(3).在发动机转速范围内，避免悬置系统的低频共振，避免过大的悬置动态变形，避免过大的悬置内力等

(4).在发动机转速范围内，避免底盘或汽车悬架系统的低频共振

(5).在发动机转速范围内，避免发动机整机或悬置支架等的中频共振

6.模型难度：难（国外有客户进行过分析）

7.模型深度：

(1).如果仅关注整车悬架系统、发动机悬置系统的低频耦合状态，可将发动机和底盘用刚体模型代替（无需发动机和底盘的有限元模型），模型深度大大降低，便于初期方案的快速制订，也便于模型修改

(2).关注整车悬架系统刚体模态、发动机悬置系统刚体模态、弹性底盘模态、特性动力总成模态、激励频率和强度等的综合影响。其中：整车悬架系统和底盘模态特性，包括整车质量和悬架刚度布置等；动力总成模态特性，包括悬置布置、整机质量布置、整机刚度状况、模态和频率状况等

(3).考虑多缸机的燃气力、往复和旋转惯性力、倾覆力矩等；以及轴承间隙、高速飞轮陀螺效应等非线性激励的影响；可考虑调整平衡率，使用平衡轴等

(4).进一步：对于柔性底盘的模型，可进行底盘振动速度级的计算，分析噪声辐射的状态

(5).等

8.计算精度：适合于车辆中发动机振动及其对底盘振动影响的分析，精度中（取决于底盘有限元模型和整车悬架系统的精度）

四.曲轴箱和油底壳噪声

1.方法：动力总成等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（动力总成、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）

3.计算总体时间：较长（主要是动力总成的有限元网格划分）

4.输入数据：

(1).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(2).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(3).曲轴（含飞轮和皮带轮等）：3维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(4).动力总成有限元网格和缩减：包括机体、缸头、缸盖、油底壳、附件等

5.结果评价：

(1).结构模态有限元分析，特别关注500-3000Hz频带内的全局和局部模态

(2).EXCITE计算发动机工作时的激励力（轴承力和力矩等），避免发动机整个转速工况内产生强烈的表面速度

6.模型难度：中（国内已有多家进行了成功计算）

7.模型深度：

(1).了解油底壳模态、机体模态、和激励的关系，避免强烈共振的发生

(2).考虑多缸机的燃气力、往复和旋转惯性力、倾覆力矩、轴承间隙等的影响

(3).等

8.计算精度：适合于油底壳的噪声优化，精度高

五.配气传动机构向发动机表面传递的辐射噪声

1.方法：动力总成等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（动力总成、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）、TYCON（配气机构激励源计算）

3.计算总体时间：较长（主要是动力总成的有限元网格划分、TYCON计算）

4.输入数据：

(1).配气传动机构参数（TYCON计算：阀系形式、传动形式、凸轮型线、零部件质量刚度等）

(2).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(3).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(4).曲轴（含飞轮和皮带轮等）：3维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(5).动力总成有限元网格和缩减：包括机体、缸头、缸盖、油底壳、附件等

5.结果评价：

(1).TYCON动力学计算评价

(2).结构模态有限元分析，特别关注500－3000Hz内的模态

(3).EXCITE计算发动机工作时，配气传动系的激励噪声，避免产生局部噪声过大

6.模型难度：中（国内已有多家进行了成功计算）

7.模型深度：

(1).与TYCON联合计算，考虑阀系和传动系的激励影响

(2).改善凸轮型线，减小凸轮机构的激励

(3).减小皮带、或链条、或齿轮传动对机体的激励力

(4).提高相应部位刚度等

8.计算精度：适合于配气机构激励传递到发动机表面的响应分析，即表面辐射噪声分析，精度高

六.活塞敲击气缸向向发动机表面传递的辐射噪声

1.方法：动力总成等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（动力总成、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）、GLIDE（活塞缸套敲击力计算）

3.计算总体时间：较长（主要是动力总成的有限元网格划分，GLIDE计算）

4.输入数据：

(1).GLIDE的活塞二次运动计算，获得活塞对缸套的激励力

(2).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(3).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(4).曲轴（含飞轮和皮带轮等）：3维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(5).动力总成有限元网格和缩减：包括机体、缸头、缸盖、油底壳、附件质点等

5.结果评价：

(1).整机模态有限元分析，特别关注500－3000Hz内的模态

(2).EXCITE计算活塞敲击对噪声的贡献

(3).修正活塞型线、活塞销偏移量、活塞间隙、活塞刚度等，减小活塞二次运动对缸套的激励

6.模型难度：中（国内已有多家进行了成功计算）

7.模型深度：

(1).与GLIDE联合计算

(2).考虑活塞对缸套的二次运动高频激励力（敲击力）、以及燃气力、往复和旋转惯性力等

(3).减小活塞敲击、调整机体相应部位的刚度，改变传递路径，等

8.计算精度：适合于活塞敲缸噪声分析，精度高

七.变速箱结构表面辐射噪声

1.方法：变速箱等有限元模态分析、弹性体多体动力学强迫振动计算

2.软件：EXCITE(发动机强迫振动计算)、有限元软件（动力总成、变速箱、简易连杆和简单弹性体曲轴缩减）；TYCON（变速箱的齿轮啮合力的计算，或由其它方法获得）

3.计算总体时间：较长（主要是动力总成和变速箱的有限元网格划分，TYCON变速箱计算）

4.输入数据：

(1).变速箱参数，档位设定等

(2).发动机基本参数（缸径、行程、转速、燃气压力曲线等）

(3).连杆和活塞质量数据：快速产生简易模型

(4).曲轴（含飞轮和皮带轮等）：三维CAD模型，快速产生弹性体简易模型

(5).动力总成有限元网格和缩减：包括机体、缸头、缸盖、油底壳、附件质点

(6).飞轮壳和变速箱等有限元网格和缩减

5.结果评价：

(1).TYC