基于ANSYS的某柴油发电机组模态分析

陈孟，冯少东，黄庆

（上海核工程研究设计院，上海200233）

研究与开发

基于ANSYS的某柴油发电机组模态分析

陈孟，冯少东，黄庆

（上海核工程研究设计院，上海200233）

柴油发电机组中柴油机的活塞为做周期运动的部件，在运行过程中会产生机械振动，因此需要通过隔振器与地基进行隔离。为了证明隔振设计是否合理，有必要对柴油发电机组进行模态分析，确定是否避开柴油机的工作频率。应用ANSYS有限元软件，建立柴油发电机组的有限元模型，对其进行模态分析，将模态结果与柴油机工作频率进行比较，结果显示柴油发电机组的隔振设计合理有效。

柴油发电机组；模态分析；ANSYS软件；隔振设计

0　引言

柴油发电机是一种发电设备，以柴油为燃料，通过柴油机气缸将能源转换成动力驱动发电机发电。柴油发电机组一般由柴油机、发电机、增压器等部件组成，集成安装在公共底座上。

由于柴油机气缸做周期性运动，具有一定的工作频率。如果柴油机组的结构固有频率与柴油机的工作频率接近，容易发生共振而产生大幅度的振动，可能导致结构件的破坏或失效。因此为了避开柴油机的工作频率，柴油机组安装时在公共底座与地基之间布置有隔振器。因此需要对柴油发电机组进行模态分析，以确定柴油发电机组的结构固有频率是否已经避开了柴油机的工作频率，确保柴油机运行的可靠性。本文利用ANSYS有限元软件，建立柴油发电机组的有限元模型，通过模态分析计算柴油发电机组的固有频率，为柴油发电机组的隔振设计提供依据。

1　模态分析简介

模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是结构固有的振动特性，每个模态具有固定的频率、阻尼比和振型。模态分析是指通过公式或软件计算得到系统结构各阶模态的频率、振型等动态特性参数的一种方法。

对于一个有N个自由度的结构系统来说，其通用的动力学方程为：

其中[M]、[C]、[K]分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵分别为加速度向量、速度向量和位移向量；F（t）为载荷向量。

对于无阻尼自由振动来说，阻尼和激振力均为零，即[C]和F（t）均为0，那么动力学方程简化为：

该方程的解假设为以下形式：

其中φ为N阶振型向量，ω为振动频率，t为时间。将上述结果代入式（2）得到广义特征方程：

图2　柴油发电机组第1阶振型

图3　柴油发电机组第5阶振型

图4　柴油发电机组第9阶振型

[1]王勖成．有限单元法[M]．北京：清华大学出版社，2003.

[2]龚曙光，谢桂兰．ANSYS操作命令与参数化编程[M]．北京：机械工业出版社，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

陈孟（1982-），男，浙江余姚人，工程师，硕士，研究方向为反应堆结构力学冯少东（1984-），男，浙江宁波人，硕士研究生，工程师，研究方向为反应堆结构力学

2016-04-25

2016-05-25

国家科技重大专项课题（No.2010ZX06001-02）

黄庆（1978-），女，四川资中人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为反应堆结构力学