張俊紅，王 健，畢鳳榮，劉 海，李林潔，李忠鵬

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

式中：ψ（ω）表示ψ（t）的Fourier變換。當(dāng)上式成立時(shí)，才能用小波變換（Wψx）（a，b）重構(gòu)原信號(hào)x（t）。此時(shí)：

基于EMD和時(shí)頻分析的低振動(dòng)機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

張俊紅，王 健，畢鳳榮，劉 海，李林潔，李忠鵬

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

為降低柴油機(jī)機(jī)體振動(dòng)，開(kāi)展了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）和時(shí)頻分析的低振動(dòng)機(jī)體優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。首先建立了機(jī)體有限元模型，通過(guò)機(jī)體模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了有限元模型正確性；然后，采用多體動(dòng)力學(xué)和有限元相結(jié)合的方法計(jì)算了機(jī)體振動(dòng)響應(yīng)，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，兩者比較吻合；進(jìn)而采用EMD對(duì)機(jī)體裙部振動(dòng)速度信號(hào)進(jìn)行分解，對(duì)分解得到的結(jié)果中能量較大的分量進(jìn)行小波時(shí)頻變換，通過(guò)時(shí)頻分析得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要依據(jù)；最后對(duì)優(yōu)化前后振動(dòng)響應(yīng)分別采用小波和Hilbert變換進(jìn)行定性和定量的對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明，優(yōu)化后整機(jī)振動(dòng)烈度降低了26.81%，整機(jī)的振動(dòng)水平得到了明顯的降低，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。

機(jī)體振動(dòng)；經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解；時(shí)頻分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

柴油機(jī)油耗低、動(dòng)力性好且具有良好的排放性能，在諸多行業(yè)作為動(dòng)力源而廣泛使用。然而，由于自身工作過(guò)程粗暴，柴油機(jī)振動(dòng)噪聲較大，一直成為制約柴油機(jī)在乘用車上廣泛推廣的重要因素［1］。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向著高速、大功率、輕量化的趨勢(shì)發(fā)展，振動(dòng)噪聲問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。因此，柴油機(jī)的振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為柴油機(jī)研究的重要內(nèi)容［2］。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)柴油機(jī)振動(dòng)噪聲進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了各種有價(jià)值的研究成果。Jenkins等［3］對(duì)低噪聲柴油機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)整機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，降低了柴油機(jī)的噪聲水平。Kubozuka等［4］研究了曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)機(jī)體振動(dòng)的影響，并通過(guò)優(yōu)化曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)共振頻率降低了機(jī)體的振動(dòng)噪聲。Carlucci等［5］對(duì)噴油參數(shù)的變化與機(jī)體振動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究分析，論證了改變噴油參數(shù)來(lái)減小機(jī)體振動(dòng)的可行性。國(guó)內(nèi)關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲的研究起步相對(duì)較晚，但借助先進(jìn)的技術(shù)手段經(jīng)過(guò)多年的研究分析也取得了顯著的成果。賈維新等［6－7］利用虛擬預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)對(duì)柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行了振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)措施，舒歌群等［8－9］對(duì)曲軸三維振動(dòng)和機(jī)體表面振動(dòng)的激勵(lì)關(guān)系等進(jìn)行了研究，這些研究成果為國(guó)內(nèi)柴油機(jī)振動(dòng)噪聲的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

然而，減振降噪研究大多集中在頻域分析或時(shí)域分析某一方面，而將兩者結(jié)合的時(shí)頻分析卻很少使用在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析中。時(shí)頻信息同時(shí)包含了時(shí)域信息和頻域信息，更全面的反映了信息的內(nèi)容，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了更多的參考內(nèi)容。振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)頻信息對(duì)減振降噪的分析具有重要的意義。本文采用多體動(dòng)力學(xué)和有限元相結(jié)合的方法計(jì)算了機(jī)體振動(dòng)響應(yīng)，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）［10］對(duì)機(jī)體振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分解，將分解結(jié)果中能量較大的分量進(jìn)行小波時(shí)頻分析［11－12］，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了更多的參考和依據(jù)。同時(shí)為驗(yàn)證該方法的有效性，對(duì)EMD分解結(jié)果中優(yōu)化的頻率成分進(jìn)行Hilbert變換［13－15］，得到該頻率下的瞬時(shí)幅值，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后瞬時(shí)幅值的對(duì)比，從而定量驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。

1 理論分析

1.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解

經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的主要思想是把一個(gè)組時(shí)間序列的信號(hào)分解為不同尺度的本征模函數(shù)，它是由美國(guó)學(xué)者黃鍔于1998年首次提出的［10］。本征模函數(shù)需要滿足兩個(gè)重要前提條件：

（1）在整段分析數(shù)據(jù)序列中，極大值點(diǎn)以及極小值點(diǎn)的總個(gè)數(shù)Ne與過(guò)零點(diǎn)的個(gè)數(shù)NZ必須相等，或最多相差不多于一個(gè)，即

（2）在任一時(shí)間點(diǎn)ti上，信號(hào)的上包絡(luò)線fmax（t）和下包絡(luò)線fmin（t）的均值為零，即

式中：［ta，tb］為一給定時(shí)間區(qū)間。對(duì)于給定的信號(hào)x（t），EMD分解過(guò)程基本步驟如圖1所示。

1.2 Hilbert變換

設(shè)ci（t）為信號(hào)x（t）分解得到的IMF分量，對(duì)其進(jìn)行Hilbert變換，則有：

式中：P為柯西主分量，一般取P＝1。Hilbert變換是分量ci（t）和時(shí)間倒數(shù)1／t的卷積，因此Hilbert變換強(qiáng)調(diào)了ci（t）的局部特性。

令~ci（t）＝H［ci（t）］，構(gòu)造如下解析信號(hào)

z（t）的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)相位分別為：

圖1 EMD分解流程Fig.1 The process of EMD

ci（t）的瞬時(shí)頻率定義為：

1.3 小波變換

小波變換（Wavelet Transformation，WT）是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的數(shù)學(xué)分支，作為信號(hào)分析的一種新技術(shù)，同傅里葉變換類似，都是將時(shí)域信號(hào)與基函數(shù)進(jìn)行卷積的過(guò)程，不同的是傅里葉變換的基函數(shù)是三角函數(shù)，而小波變換的基函數(shù)是小波函數(shù)。

小波是指ψ（t）經(jīng)過(guò)伸縮和平移后形成的一簇函數(shù)：

式中：ψ（t）是振蕩衰減且具有緊支集的函數(shù)，稱為基本小波（或母小波）；參數(shù)a稱為尺度因子，決定小波變換的頻率信息；參數(shù)b稱為平移因子，決定了小波變換的時(shí)域或空域信息。

對(duì)任意信號(hào)x（t），其小波變換的定義為：

式中ψ*（t）表示ψ（t）的共軛。

可以證明，只有當(dāng)小波函數(shù)滿足容許條件時(shí)，即

式中：ψ（ω）表示ψ（t）的Fourier變換。當(dāng)上式成立時(shí)，才能用小波變換（Wψx）（a，b）重構(gòu)原信號(hào)x（t）。此時(shí)：

2 機(jī)體有限元建模與試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 機(jī)體有限元建模

利用Pro／E建立柴油機(jī)機(jī)體三維幾何模型，然后導(dǎo)入Hypermesh，在建立有限元模型前，忽略不起主要作用的倒角、過(guò)渡弧、螺紋孔、中心孔和定位孔，對(duì)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化處理，網(wǎng)格采用的是體單元網(wǎng)格，為了提高計(jì)算精度和運(yùn)算速度，大部分采用六面體網(wǎng)格，共54 814個(gè)單元，79 353個(gè)節(jié)點(diǎn)。機(jī)體有限元模型如圖2所示。

圖2 機(jī)體有限元模型Fig.2 Model of original engine block

2.2 機(jī)體有限元模型驗(yàn)證

模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)的核心，是進(jìn)行振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。有限元計(jì)算的邊界條件與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析相同，均為自由邊界條件。模態(tài)試驗(yàn)時(shí)機(jī)體采用懸吊式支承，以保證系統(tǒng)的支撐頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)體的彈性模態(tài)一階頻率。這種形式的支承方式，可以大大減小約束對(duì)機(jī)體固有特性的影響，充分反映機(jī)體的固有振動(dòng)特性。表1為機(jī)體模態(tài)固有頻率計(jì)算值和試驗(yàn)值的對(duì)比，結(jié)果表明計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合性較高。圖3為機(jī)體前三階試驗(yàn)和計(jì)算模態(tài)振型對(duì)比，從振型對(duì)比圖中可以看出，兩者振型比較相似，總體看來(lái)有限元模型和實(shí)際機(jī)體動(dòng)態(tài)性能基本保持一致，由此表明有限元計(jì)算模型具有較好的精度，可以進(jìn)行接下來(lái)的模擬計(jì)算工作。

表1 機(jī)體試驗(yàn)與計(jì)算模態(tài)頻率對(duì)比Tab.1 Com parison between the test and FEMmodal analysis of engine block

圖3 機(jī)體模態(tài)振型Fig.3 First three ordermodel shape of test and FEMmodal analysis of engine block

2.3 機(jī)體振動(dòng)響應(yīng)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

采用有限元與多體動(dòng)力學(xué)聯(lián)合仿真的分析方法對(duì)機(jī)體上的特征點(diǎn)進(jìn)行了振動(dòng)響應(yīng)分析。圖4是在AVLExcite仿真軟件平臺(tái)上建立的模型。模型包括：機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿，曲軸與連桿的非線性約束連接，連桿與缸套的約束連接，曲軸與扭振減振器的慣性環(huán)之間的扭振彈簧阻尼器等，整個(gè)機(jī)體采用多彈性支承模型。仿真工況為柴油機(jī)的標(biāo)定工況，其中工況點(diǎn)標(biāo)定功率為266 kW（2 200 r／min），將燃燒爆發(fā)壓力以及通過(guò)AVL－Excite分析得出的活塞敲擊力、主軸承座受力等作為仿真模型的載荷條件，主軸承力施加在機(jī)體主軸承孔四周，氣體爆發(fā)壓力施加在缸蓋底面，活塞側(cè)向力施加在缸套的主次推力側(cè)。約束發(fā)動(dòng)機(jī)工作中實(shí)際的支承點(diǎn)，每點(diǎn)都有三個(gè)方向的約束（X、Y、Z軸）。

圖4 柴油機(jī)的仿真模型Fig.4 Simulationmodels of disel engine

為驗(yàn)證仿真計(jì)算的正確性，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CB3154－1983《船用柴油機(jī)振動(dòng)測(cè)量方法》規(guī)定對(duì)機(jī)體上的5個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了振動(dòng)烈度測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示；仿真分析與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖5 振動(dòng)烈度測(cè)點(diǎn)布置Fig.5 Arrangement of vibration intensitymeasuring points

表2 仿真分析和試驗(yàn)振動(dòng)烈度對(duì)比（mm／s）Tab.2 Vibration intensity com parison between sim ulation and test results

根據(jù)表2計(jì)算可以得到，整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試振動(dòng)烈度為39.44 mm／s，仿真分析振動(dòng)烈度為35.70 mm／s，兩者結(jié)果相差不大，參照標(biāo)準(zhǔn)GB10397－89中小功率柴油機(jī)振動(dòng)評(píng)級(jí)中多缸柴油機(jī)振動(dòng)品質(zhì)分級(jí)評(píng)定表可知，該柴油機(jī)的振動(dòng)品質(zhì)為D級(jí)（含義為“不允許”），并處于靠近D級(jí)的初始位置附近（小于3 000 r／min的柴油機(jī)D級(jí)的界限值為28.0～180 mm／s）。顯然，該柴油機(jī)的振動(dòng)烈度偏大，有必要對(duì)整機(jī)振動(dòng)烈度進(jìn)行控制。根據(jù)機(jī)體振動(dòng)響應(yīng)分析可以得知，機(jī)體裙部振動(dòng)較大，從而可能導(dǎo)致油底殼產(chǎn)生較大的輻射噪聲。圖6為機(jī)體裙部左側(cè)中間下方與油底殼連接處附近某點(diǎn)的振動(dòng)速度響應(yīng)計(jì)算曲線。

圖6 機(jī)體裙部下方中心點(diǎn)處振動(dòng)速度Fig.6 Vibration velocity curves of the center of crankcase skirtbottom

3 EMD分解及小波時(shí)頻分析

在獲得內(nèi)燃機(jī)機(jī)體振動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，識(shí)別振動(dòng)信號(hào)中對(duì)機(jī)體振動(dòng)貢獻(xiàn)度影響較大的振動(dòng)源與振動(dòng)頻率成分，為進(jìn)一步降低整機(jī)振動(dòng)烈度提供理論支持。EMD作為一種有效信號(hào)分析方法，可用來(lái)分析非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)。但是，在分解過(guò)程中，不可避免的產(chǎn)生端點(diǎn)效應(yīng)。對(duì)于信號(hào)的高頻分量，可以通過(guò)拋棄兩端的數(shù)據(jù)來(lái)保證失真度最?。坏珜?duì)于低頻分量，端點(diǎn)效應(yīng)容易影響到信號(hào)內(nèi)部，尤其是原始信號(hào)數(shù)據(jù)比較短時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響EMD分解的質(zhì)量。本文為避免端點(diǎn)效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)分析的影響，對(duì)機(jī)體裙部振動(dòng)速度響應(yīng)信號(hào)先進(jìn)行延拓［16］，延拓結(jié)果如圖6所示，然后進(jìn)行EMD分解，分解結(jié)果如圖7所示。

從圖中可以看出，IMF1～I(xiàn)MF3為具有明顯瞬態(tài)激勵(lì)成分的分量，IMF4～I(xiàn)MF5中沒(méi)有明顯的瞬態(tài)激勵(lì)成分存在，IMF6～I(xiàn)MF8基本為較為明顯的穩(wěn)態(tài)單頻成分，IMF4～I(xiàn)MF8可以確定是由內(nèi)燃機(jī)整體振動(dòng)所引起的，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中不予考慮。分量IMF1的能量最大，是結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)的主要能量來(lái)源，包含了振動(dòng)的主要頻率成分，是機(jī)體減振的主要依據(jù)。

圖7 EMD分解結(jié)果Fig.7 EMD results

應(yīng)用小波變換方法對(duì)分量IMF1進(jìn)行時(shí)頻分析，圖8為分量IMF1的時(shí)頻圖，IMF1頻率集中在330 Hz附近，并隨時(shí)間呈現(xiàn)較好的周期性，轉(zhuǎn)速為2 200 r／min時(shí)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為0.027 3 s，由此可知，曲軸每旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)速度峰值出現(xiàn)一次。曲軸彎曲振動(dòng)是機(jī)體裙部表面振動(dòng)的主要激勵(lì)源，頻率構(gòu)成比較豐富，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)激勵(lì)起表面振動(dòng)，屬于表面振動(dòng)的同頻激勵(lì)［8］。330 Hz為轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的9倍頻，這再次驗(yàn)證了該處振動(dòng)響應(yīng)主要是由曲軸彎振引起的，進(jìn)而為接下來(lái)機(jī)體裙部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。

圖8 分量IMF1小波變換結(jié)果Fig.8 Wavelet transform results of IMF1

4 機(jī)體結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施及效果對(duì)比

4.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

降低振動(dòng)源和控制振動(dòng)傳播途徑是結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的有效手段，本文選擇通過(guò)機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)減小機(jī)體的振動(dòng)響應(yīng)。對(duì)于柴油機(jī)機(jī)體而言，其結(jié)構(gòu)形式基本保持一致，故柴油機(jī)機(jī)機(jī)體模態(tài)振型也基本保持一致。通過(guò)改變整體結(jié)構(gòu)來(lái)改變振型的難度比較大，嘗試通常通過(guò)優(yōu)化機(jī)體的局部結(jié)構(gòu)來(lái)降低機(jī)體的振動(dòng)。根據(jù)模態(tài)分析和振動(dòng)響應(yīng)分析結(jié)果可以得出，機(jī)體裙部的彎曲振動(dòng)比較大。機(jī)體裙部的振動(dòng)不僅會(huì)引起附屬件的振動(dòng)，而且傳遞給油底殼的振動(dòng)也會(huì)較大，造成油底殼的輻射噪聲增大。由此，機(jī)體裙部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的減振降噪具有重要的意義。同時(shí)，通過(guò)EMD分析結(jié)果可以得知，軸系的彎振對(duì)裙部振動(dòng)影響較大，需要對(duì)主軸承座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可進(jìn)一步減小裙部振動(dòng)。最終決定通過(guò)改善裙部結(jié)構(gòu)和增加加強(qiáng)框兩種方式來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度，避開(kāi)激勵(lì)頻率，減小共振。具體改進(jìn)措施如圖9所示，機(jī)體群部表面增添加強(qiáng)筋，增加材料加強(qiáng)主軸承座上方的剛度，增添加強(qiáng)框加強(qiáng)機(jī)體與油底殼連接處剛度。

圖9 結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對(duì)比Fig.9 Comparision between original and modified model

4.2 優(yōu)化前后對(duì)比分析

對(duì)優(yōu)化前后分量IMF1振動(dòng)響應(yīng)曲線進(jìn)行小波時(shí)頻分析，結(jié)果如圖10所示，從小波時(shí)頻圖中可以看出，330 Hz附近的振動(dòng)速度的幅值得到了明顯的降低。

為驗(yàn)證小波分析結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的準(zhǔn)確性，對(duì)上述EMD分解結(jié)果進(jìn)行Hilbert變換，得到了對(duì)應(yīng)優(yōu)化頻率的瞬時(shí)幅值，如圖11所示，從圖中可以看出，優(yōu)化后瞬時(shí)頻率在330 Hz附近的分量，相比于優(yōu)化前，其瞬時(shí)幅值的周期性基本保持一致，但峰值得到了降低。

通過(guò)機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，機(jī)體振動(dòng)得到了較好的改善，優(yōu)化前后機(jī)體裙部振動(dòng)速度對(duì)比如圖12所示，優(yōu)化前振動(dòng)速度大小為38.66 mm／s，優(yōu)化后振動(dòng)速度大小為30.29 mm／s，振動(dòng)速度減小了21.65%，從而傳遞給油

圖10 IMF1優(yōu)化前后小波變換結(jié)果Fig.10 Comparision of wavelet transform results between original and modified model

圖11 IMF1優(yōu)化前后瞬時(shí)幅值Fig.11 Comparision of Hilbert transform results between original and modified model

底殼的激勵(lì)也得到了大幅降低。整機(jī)振動(dòng)烈度由原機(jī)的35.70 mm／s減小到了26.13 mm／s，降低了26.81%，整機(jī)的振動(dòng)水平得到了明顯的降低。

圖12 機(jī)體裙部振動(dòng)速度對(duì)比Fig.12 Comparision of vibration velocity etween between original and modified model

5 結(jié) 論

（1）本文結(jié)合有限元與多體動(dòng)力學(xué)對(duì)機(jī)體進(jìn)行了振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了仿真的正確性。

（2）對(duì)仿真計(jì)算得到的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行EMD分解得到了多個(gè)IMF分量，對(duì)包含主要振動(dòng)能量的分量IMF1進(jìn)行小波變換，通過(guò)對(duì)時(shí)頻圖分析得知，周期性出現(xiàn)的330 Hz附近的振動(dòng)響應(yīng)主要是由曲軸彎振引起的，分析結(jié)果指導(dǎo)了接下來(lái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）基于EMD分解和時(shí)頻分析提出了機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，包括機(jī)體裙部?jī)蓚?cè)以及主軸承座的改進(jìn)措施，結(jié)果表明整機(jī)振動(dòng)烈度由原機(jī)的35.70 mm／s減小到26.13 mm／s，降低了26.81%，整機(jī)的振動(dòng)水平得到明顯降低。從而，驗(yàn)證了該方法的正確性與可行性。

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Structural optim ization of a low-vibration block based on EMD and time-frequency analysis

ZHANG Jun-hong，WANG Jian，BIFeng-rong，LIU Hai，LILin-jie，LIZhong-peng
（State Key Laboratory of Engine，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

In order to reduce diesel engine block vibration，a low-vibration block optimization design was proposed based on empirical mode decomposition（EMD）and time-frequency analysis.Firstly，Multibody Dynamics and finite elementmethod were used to simulate the engine block vibration and the simulation results were verified very well compared with the test results.Then，EMD was used to decompose the vibration velocity signal of crankcase skirt of an engine.And one component of the decomposed results having the largest vibration energy was transformed with wavelet time-frequency analysis.The time-frequency analysis results provided amain basis for structural optimization.At last，the vibration responses of the original block and those of the optimized structure were compared qualitatively with the wavelet analysis and quantitatively with Hilbert transformation，respectively.Results showed that the vibrating intensity of the optimized block decreases 26.81%and the engine vibration is dramaticlly reduced；therefore，the effectiveness of the proposedmethod is verified.

engine block vibration；empiricalmode decomposition（EMD）；time-frequency analysis；structural optimization

TK402

A

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目（2012AA1117064）

2013－01－22 修改稿收到日期：2013－03－15

張俊紅女，教授，1962年生

畢鳳榮男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，1965年10月生