图1  有限元分析模型

通过应用Abaqus有限元分析软件对发电机支架进行模态分析，可找到设计中存在的风险，根据计算结果提出优化设计建议，并对优化建议进行分析，有利于在设计初期即识别出风险因素，减少后期试验的投入。

发动机上各附件支架具有重要的支撑作用，但支架的设计需要考虑规避发动机点火频率的影响，以免产生共振噪声。在设计阶段相关三维模型完成后，通过有限元模态分析的方法，能有效地识别出附件支架的1阶频率，通过与发动机2阶频率对比能在设计初期即识别出风险，从而进一步指导设计。本文通过应用Abaqus软件对某发动机的发电机支架进行有限元模态分析，为设计优化更改提供了理论依据。

图2  1阶约束频率值下的应变能云图

分析模型及参数设置

为了更真实地模拟实际情况，模型选取了发动机、支架及支架、发电机、部分机体、链轮室、链轮室盖、衬套及联接螺栓组成的装配件，各部件材料的参数如表所示。将Creo三维模型保存成Step格式文件导入到HyperMesh中进行有限元网格划分，网格类型选择C3D10，计算采用Abaqus解算器。模态计算时，将各部件之间的接触面设置为*Tie，通过计算支架总成的约束模态频率，以模拟支架在实际约束条件下的振动情况。图1 为有限元分析模型。

图3  1阶约束频率值下的位移云图

分析结果

经过模拟计算，支架总成1阶约束模态频率值为181.4 Hz，2阶约束模态频率值为300 Hz，该发动机的最大超速转速为5000r/min，此时发动机2阶激励最大，为166.7Hz。根据模态频率值评价标准，支架总成的1阶频率应大于（1.3±0.1）倍发动机2阶最大超速频率值。该发动机（1.3±0.1）倍2阶最大超速转速频率值为200～233 Hz，支架总成的1阶频率为181.4 Hz，小于200 Hz，故支架总成有共振的风险，不满足避振设计要求。

图4  支架设计优化方案

图2、图3分别为支架总成在1阶约束频率值下的应变能与位移云图。从图中可以看出，支架的1阶振动为发电机绕固定螺栓形成的轴线摆动。由于支架与摆动轴线夹角较小，使发电机一侧悬空，且发电机重量较大，因此可以判定，该支架的设计不合理，难以抑制发电机的摆动，从而导致支架总成的1阶频率值较低。

图5  修改后的1阶约束频率值位移云图

设计优化建议

鉴于上述分析，建议在支架的一侧加上加强筋，方向与摆动轴线大致垂直，如图4所示，划分粗略网格模型进行分析，以验证修改建议是否可行。对添加加强筋后的模型进行模态分析后，1阶频率值结果如图5所示。

修改后，支架总成的1阶频率值达到248.9 Hz，大于发动机1.4倍2阶最大超速转速频率值233 Hz，满足了避振设计要求。结果表明，在图4所示的方向增加加强筋能够有效抑制发电机的摆动，建议该发电机支架按此进行设计修改。

结语

通过应用Abaqus有限元分析软件对发电机支架进行模态分析，找到了设计中存在的风险，根据计算结果提出了优化设计建议，并对优化建议进行了分析，结果显示优化后的设计满足要求，避免了共振风险。

当代发动机对噪声和振动的要求越来越高，通过有限元分析的方法，在设计初期即可识别出风险因素，同时，对设计进行更改，有利于发动机声品质的提升，有利于减少后期试验的投入。