[發(fā)明專利]一種基于爆燃激勵辨識柴油機工作模態(tài)參數的方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110940528B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍士官學校
• 主分類號: G01M15/12
• 分類號: G01M15/12
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 賀龍萍

本發(fā)明公開了一種基于爆燃激勵辨識柴油機工作模態(tài)參數的方法及系統(tǒng)，辨識方法包括步驟：S1、基于待辨識柴油機的結構，布置傳感器的安裝點，貼裝振動傳感器；S2、安裝柴油機及采集儀，搭建信號采集平臺；S3、啟動柴油機，利用燃燒室爆燃產生無規(guī)則湍流運動，在湍流主動激勵作用下，對柴油機進行自激勵，振動傳感器采集柴油機工作狀態(tài)下的振動信號；S4、采集儀從振動傳感器獲取所述振動信號，利用模態(tài)辨識軟件對柴油機的工作模態(tài)進行辨識，獲取柴油機的工作模態(tài)參數。本發(fā)明與傳統(tǒng)的辨識方法相比，辨識的模態(tài)參數更能反映柴油機工作的狀態(tài)。利用柴油機自身的爆燃特性進行激勵，不需要復雜的人為設計白噪聲的激勵，適應柴油機的現場工作環(huán)境。

技術領域

本發(fā)明涉及柴油機動力學分析領域，具體涉及一種基于爆燃激勵辨識柴油機工作模態(tài)參數的方法及系統(tǒng)。

背景技術

目前，許多公司在發(fā)動機的零部件設計以及總成設計都明確規(guī)定將計算機動態(tài)特性分析作為其開發(fā)設計流程中必需的階段，例如福特公司，而且對激勵力的確定及其有限元模型都有要求和說明。有些企業(yè)早在80年代就針對發(fā)動機機體進行了全方位的計算機輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)分析，為此專門建立了CAE研發(fā)中心；而且隨著計算機技術、發(fā)動機設計技術、有限元理論以及有限元分析軟件等各個方面比較成熟的發(fā)展，CAE技術在各研發(fā)部門發(fā)揮著越來越重要的作用。

Anderton、D.Ghazy等人通過有限元軟件對重型機進行了動態(tài)響應的分析；J.P.Brandeis通過有限元方法對柴油機機體進行了有限元分析，并預測了柴油機的振動，并指出了機體的薄弱環(huán)節(jié)存在于裙部和油底殼；D.Anderton、T.Priede 對柴油機進行了噪聲輻射控制分析。Lalor N和Birth M對柴油機機體進行了有限元動態(tài)特性的分析，計算出了固有頻率和模態(tài)振型，并對各階模態(tài)進行分析、總結，對振動模態(tài)有了比較定向的認識。

天津大學機械工程學院的劉月輝，郝志勇等采用MSC/NASTRAN軟件對 ZH1110型柴油機機體進行了有限元分析，得到了機體的各階固有頻率和模態(tài)振型，并采用脈沖激振法進行了機體模態(tài)實驗，計算值和實驗值吻合較好，通過對該柴油機機體模態(tài)振型分析，發(fā)現曲軸箱和氣缸頭部連接區(qū)域是該機體的薄弱部分，提出了結構設計的具體改進意見。邵陽學院的劉玉梅等人在Pro/E 中建立了SF480型發(fā)動機機體的三維實體模型，在ANSYS中建立了其有限元模型，進行了有限元模態(tài)分析和試驗模態(tài)分析，分析了機體模態(tài)的規(guī)律，并對機體進行了動態(tài)特性分析。

目前針對柴油機動力學參數的辨識主要集中在通過有限元分析或者實驗模態(tài)分析方法對柴油機的模態(tài)參數進行分析，而對于工作狀態(tài)下的柴油機動力學特性與靜止狀態(tài)下存在一定的差異，因此傳統(tǒng)的分析方法用于指導工作狀態(tài)下柴油機特性，存在一定的局限性。傳統(tǒng)的有限元分析或者實驗模態(tài)分析，柴油機處于靜止狀態(tài)，通過使用額外的激勵設備，如力錘或激勵器等，去激勵結構以便使結構產生想要的響應。但當柴油機處于實際工作狀態(tài)時，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的激勵方式變得困難，不易實現；另一方面，結構的行為也不同于實驗狀態(tài)。因此需要對于柴油機的工作模態(tài)進行辨識，以便更精確的對柴油機特性進行分析。工作模態(tài)分析是僅利用結構在工作時而不是在實驗中利用傳感器獲得的振動響應數據中提取出模態(tài)參數，其中模態(tài)參數包括模態(tài)阻尼比，模態(tài)振型和模態(tài)固有頻率。

目前工作模態(tài)分析方法在解決工程問題上是非常重要的分析方法，特別是在航空，土木工程等領域，但是針對柴油機的特點，并沒有適應性的動態(tài)模態(tài)分析方法。柴油機的振動特性對于柴油機部件性能劣化具有重要的影響，而傳統(tǒng)的柴油機動力學特性分析主要是集中在某部件特性進行分析，很少針對已經列裝工作的柴油機動力學特性情況進行分析。

因此，如何基于柴油機的特點，針對整機的柴油機動力學特性開展分析、實現柴油機工作模態(tài)參數的辨識，是本領域亟待解決的問題。

發(fā)明內容