第4期（总第225期） 2016年8月
·测试与诊断·
车用发动机 VEHICLE ENGINE
时域积分在振动信号分析中的应用
许自顺，张强
（山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061）
No .4(Serial No .225)
Aug.2016
摘要：为研究某装载机样机配置的新型发动机罩的振动特性，利用三维建模建立装载机发动机革模型并使用有限元法对其进行了模态分析，重点分析了前几个阶次的固有频率和振型，结果显示发动机罩整体存在刚度偏低以及低阶次模态振型分布集中的现象。对样机发动机革的水平和垂直两个敏感方向进行了振动加速度测量，对比了两种信号积分方法的使用范图及优势，利用时域积分方法对所测加速度信号进行了积分处理，并用最小二乘法拟合积分信号中的趋势项加以修正，得到了较为精确的振动速度及位移信号。通过对机革两个敏感方向的振动加速度、速度和位移信号的综合分析,判断发动机军刚度偏低，振动量偏大，易产生干涉。模态分析及振动信号分析结果为下一步发动机军样品的优化改进提供理论依据及改进方向。
关键词：模态分析；振动信号；时域积分；拟合；趋势项 DOI:10.3969/i.issn.1001-2222.2016.04.016
中图分类号：TK401
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2016)04-0087-06
随着数值计算方法的发展，有限元技术（FEM）越来越多地被应用到机械部件的初期设计，将结构本的复杂振动分解为多个简单而独立的模态，并用系列的模态参数如固有频率和振型来表征"，已经逐渐成为主要的辅助手段。在初期产品的设计时，司以通过建律立有限元计算模型对结构的振动特性进行分析，并对产品样品进行初步的试验，结合样品的试验数据进行综合评价以发现产品设计中的不足。模态分析和实测相关数据可以为进一步的产品优化升级提供理论依据和改进方向[2-3]
在研究结构的动态特性时，通常需要应用结构的动态位移、速度或加速度响应信号。振动加速度反映振动的冲击力度，振动速度又叫振动烈度，反映振动能量的大小，振动位移直接反映振动体的位置变化量，理论上3种响应信号之间存在着微分和积分的关系4。工程应用中，加速度信号因其传感器本积小、精度高而被选择为分析应用中的直接测量信号。可通过积分运算来求取其他两种信号，目前常用的积分方法有时域积分和频域积分。时域积分对测得的加速度信号直接进行积分，会出现趋势项干扰，需要拟合多项式趋势项以去除信号偏移；频域
收稿日期：2016-01-04；修回日期：2016-03-16
基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2015BAF07B04）
积分先对原始信号作傅里叶变换转化为频域信号再对频域信号进行积分运算[5-6]，由于动态信号对于下限截止频率非常敏感，当低频截止频率选取在较低值时，传统二阶频域积分可产生较大的动位移低频振荡和峰值误差-S]。综合两种方法的应用范围及精度，实际应用时，在外理一股中高频的信号时常采用频域积分，而遇到诸如工程机械类发动机机罩低频晃动间题分析时，采用时域积分更为准确有效。
1发动机罩模态分析
发动机罩的振动是其各阶次模态的综合反映9，研究对象为某装载机新型一体式机罩（见图1），为了更好地了解发动机罩的模态属性，以便于为之后的设计和改进提供参考，用三维建模方法律立发动机罩的儿何模型，并用有限法对其进行了模态分析。具体实施步骤如下：
1）建立发动机罩三维模型，只取主体结构，保留顶面开孔和风窗，除去两侧窗体；
2）抽取机罩的中面建立壳体单元，壳体骨架之间用模拟焊接单元建立刚性连接，在发动机罩的 4个固定螺栓位置建立前后、左右和上下3个方向
作者简介：许自联（1990—），男，硕士，主要研究方向为动力机械的减振降噪;xuzishun0925@163.com。通讯作者：张强（1973一），男，博士，讲师，主要研究方向为气体燃料发动机；sduzq01@163.com，