本文以美国 DS 公司研发的 ABAQUS 软件为工作平台，建立了某型号汽油机机体三维实体模型，并采用有限单元法对其进行了自由模态的有限元分析，得出了机体各模态下的固有频率和振型，为分析该机体振动响应作了必要准备，为改进机体的结构设计提供了一定的理论依据。
机体是发动机的主体结构，是其他零部件安装的基础,也是在气缸盖和运动件之间构成力传递的环节。在实际工作中，机体承受着交变的复杂载荷。当发动机的激励力频率与某阶固有频率相等或接近时，就会产生共振，从而导致较大的弯曲和扭转变形。这不仅影响发动机的工作可靠性，而且对发动机工作性能、噪声及车辆行驶的平顺性等有着重要的影响，因此对机体进行模态分析研究显得非常重要[1,2]。此次自由模态的计算同时是对缸体数模进行校正，为 EXCITE PU 整机 NVH 计算提供准确的子结构压缩模型。
机体有限元模型的建立
该汽油机机体有限元模型如图 1 所示，采用一阶八节点六面体网格划分，有限元模型包括缸体、主轴承盖及上下轴瓦，单元总数为 803683。
图 1 机体有限元模型
机体有限元模态模态分析
自由模态即机体不受任何内力、外力作用,也没有任何约束限制的状态。通过自由模态分析，可得出机体各部分振动的强弱分布以及抗振薄弱区，从而为机体动力学优化设计提供必要的依据[3] 。因前六阶自由模态振型为刚体的自由运动,其固有频率为零,故在计算其固有频率时从第七阶算起。在ABAQUS中计算得到机体的自由模态，该分析提取了机体的前十阶模态，其固有频率值如表1所示，振型图如图2～图7所示。
表 1 机体自由模态固有频率
结论
通过ABAQUS软件，用六面体网格可以准确地计算汽油机机体自由模态的固有频率，可为机体的结构修改和新产品的开发提供开发方法和依据。
资料来源：达索官方
