振动和噪声性能是柴油机性能的一个重要参数,通过结构优化设计改善柴油机的结构振动和辐射噪声水平,是内燃机行业的重要研究课题。机体和油底壳等柴油机的关键固定件由于其功用和结构特点,是柴油机的主要噪声辐射部件。通过控制关键固定件的结构传递函数,是控制结构振动和辐射噪声的重要技术措施。同时,利用结构优化领域中最适合连续体分析的拓扑优化设计技术,可实现在改善和保证结构性能的基础上得到材料的最优分布,达到减少设计周期和降低材料成本的功效。本文以某90°V8柴油机为背景研究对象,采用有限元法和拓扑优化设计技术,以结构减重和抑制结构辐射噪声为目的开展了系列研究工作。具体工作如下:(1)查阅了拓扑优化技术的发展以及在汽车领域的应用现状,研究了结构拓扑优化的计算方法及技术路线,确定了本文的研究重点和需要解决的问题。(2)基于I-DEAS软件平台,利用特征建模技术建立了柴油机机体和油底壳的实体模型,并在完成了离散误差收敛性分析的基础上建立了柴油机机体和油底壳的有限元模型,采用Lanczos法对其进行了模态分析,得到了低阶固有频率和振型,为柴油机减振降噪关键结构的拓扑优化设计奠定了基础。(3)利用HyperWorks中的Optistruct优化模块,依据柴油机油底壳和机体的实际尺寸以及边界条件建立了拓扑优化模型。首先以油底壳结构为研究对象,分别以质量最轻化和频率最大化为目标函数,采取变密度法进行了多次拓扑优化计算,得到了拓扑优化计算设计变量、目标函数和约束函数三要素的建立方案。最后,将该方法应用到机体结构上,得到了满足设计要求的结构材料最优分布。(4)根据拓扑优化计算结果,利用特征建模技术对柴油机机体和油底壳结构进行了重新造型,新模型的模态分析显示了在其质量减轻的基础上,低阶固有频率有了一定程度的提高,基本满足了柴油机机体及油底壳轻量化和提高固有频率的设计目标。