基于ANSYS的某柴油發電機組模態分析

陳孟，馮少東，黃慶

（上海核工程研究設計院，上海200233）

研究與開發

基于ANSYS的某柴油發電機組模態分析

陳孟，馮少東，黃慶

（上海核工程研究設計院，上海200233）

柴油發電機組中柴油機的活塞為做周期運動的部件，在運行過程中會產生機械振動，因此需要通過隔振器與地基進行隔離。為了證明隔振設計是否合理，有必要對柴油發電機組進行模態分析，確定是否避開柴油機的工作頻率。應用ANSYS有限元軟件，建立柴油發電機組的有限元模型，對其進行模態分析，將模態結果與柴油機工作頻率進行比較，結果顯示柴油發電機組的隔振設計合理有效。

柴油發電機組；模態分析；ANSYS軟件；隔振設計

0　引言

柴油發電機是一種發電設備，以柴油為燃料，通過柴油機氣缸將能源轉換成動力驅動發電機發電。柴油發電機組一般由柴油機、發電機、增壓器等部件組成，集成安裝在公共底座上。

由于柴油機氣缸做周期性運動，具有一定的工作頻率。如果柴油機組的結構固有頻率與柴油機的工作頻率接近，容易發生共振而產生大幅度的振動，可能導致結構件的破壞或失效。因此為了避開柴油機的工作頻率，柴油機組安裝時在公共底座與地基之間布置有隔振器。因此需要對柴油發電機組進行模態分析，以確定柴油發電機組的結構固有頻率是否已經避開了柴油機的工作頻率，確保柴油機運行的可靠性。本文利用ANSYS有限元軟件，建立柴油發電機組的有限元模型，通過模態分析計算柴油發電機組的固有頻率，為柴油發電機組的隔振設計提供依據。

1　模態分析簡介

模態分析是研究結構動力特性的一種近代方法，是系統辨別方法在工程振動領域中的應用。模態是結構固有的振動特性，每個模態具有固定的頻率、阻尼比和振型。模態分析是指通過公式或軟件計算得到系統結構各階模態的頻率、振型等動態特性參數的一種方法。

對于一個有N個自由度的結構系統來說，其通用的動力學方程為：

其中[M]、[C]、[K]分別為質量矩陣、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，那么動力學方程簡化為：

該方程的解假設為以下形式：

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

圖2　柴油發電機組第1階振型

圖3　柴油發電機組第5階振型

圖4　柴油發電機組第9階振型

[1]王勖成．有限單元法[M]．北京：清華大學出版社，2003.

[2]龔曙光，謝桂蘭．ANSYS操作命令與參數化編程[M]．北京：機械工業出版社，2004.

Modal Analysis for Diesel Engine Generator Based on ANSYS

CHEN Meng，FENG 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，研究方向為反應堆結構力學馮少東（1984-），男，浙江寧波人，碩士研究生，工程師，研究方向為反應堆結構力學

2016-04-25

2016-05-25

國家科技重大專項課題（No.2010ZX06001-02）

黃慶（1978-），女，四川資中人，碩士研究生，高級工程師，研究方向為反應堆結構力學