基于Isight研究阻尼對頻響的影響

2016-10-24 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

作者:譚海、李鳳琴

(重慶長安汽車股份有限公司動(dòng)力研究院,重慶,401120;汽車噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,401120)

引言

在動(dòng)力總成強(qiáng)迫響應(yīng)分析中,阻尼對分析結(jié)果的影響很大,為了使仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確,需要對阻尼比進(jìn)行設(shè)定。阻尼是結(jié)構(gòu)體振動(dòng)過程中能量耗散特征的參數(shù)[1],動(dòng)力總成在實(shí)際振動(dòng)時(shí)耗散的能量是多方面的,具體形式非常復(fù)雜,而且耗散能量不像結(jié)構(gòu)尺寸、剛度、質(zhì)量有明確的分析方法和響應(yīng)的測量手段,使得阻尼問題難以利用精確的理論分析方法。振動(dòng)過程中耗能由介質(zhì)阻尼、外摩擦阻尼、材料內(nèi)阻尼、輻射阻尼等方面構(gòu)成。其中材料內(nèi)阻尼是材料內(nèi)摩擦耗能源于振動(dòng)過程中原子換位所引起的能量損耗,只有與弛豫過程有適當(dāng)配合的應(yīng)力頻率,才會(huì)發(fā)生最大的內(nèi)耗。

在NVH仿真分析中,主要考慮材料內(nèi)阻尼引起的能耗,Abaqus提供了模態(tài)阻尼、材料阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼等描述阻尼的方法。本文利用Isight試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,針對固體材料的內(nèi)阻尼,建立了缸蓋及缸蓋罩模型,研究材料阻尼對強(qiáng)迫響應(yīng)的影響。

1、有限元模型描述

1.1仿真模型和材料參數(shù)

仿真模型為某發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋及缸蓋罩模型,該模型采用2階四面體單元C3D10M,節(jié)點(diǎn)總數(shù)為186 842,有限元模型見圖1。缸蓋和缸蓋罩的材料均為鋁合金,計(jì)算時(shí)只考慮材料為線彈性,材料屬性見表1.

1.2邊界條件和載荷

該模型計(jì)算自由狀態(tài)下的頻率響應(yīng),頻率響應(yīng)分析采用模態(tài)法。利用模態(tài)法計(jì)算頻響時(shí),第一個(gè)分析步中計(jì)算自由狀態(tài)缸蓋和缸蓋罩的模態(tài),第二個(gè)分析步在缸蓋與缸體螺栓連接點(diǎn)、凸輪軸承孔處施加1N的寬頻激勵(lì)。

2、Isight模型描述

利用Isight搭建缸蓋頻響的DOE分析流程,流程圖見圖1,此流程分為4步。

(1)此步利用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,由于阻尼只包括模態(tài)阻尼一個(gè)設(shè)計(jì)變量,因此采用全因子的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,并把模態(tài)阻尼設(shè)為可變因子,輸出結(jié)果為缸蓋罩上對應(yīng)三點(diǎn)的振動(dòng)速度。

(2)利用Simcode組鍵,讀取模態(tài)阻尼作為可變參數(shù),并把可變參數(shù)保存在對應(yīng)的文件中。

(3)調(diào)用Abaqus的宏命令,運(yùn)行Abaqus程序計(jì)算頻率響應(yīng)。模型計(jì)算完畢后運(yùn)行Abaqus后處理命令,將缸蓋罩上的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)速度輸出到文本文件中。

(4)最后調(diào)用Simcode組鍵,利用Java語言讀取文本文件對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)速度,以便后面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3、結(jié)果分析

由于缸蓋罩是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要輻射面,在NVH性能分析中主要關(guān)注其表面振動(dòng)速度,因此讀取缸蓋罩上三個(gè)節(jié)點(diǎn)的表面振動(dòng)速度,見圖2.

采用僅改變模態(tài)阻尼的單變量試驗(yàn)法,阻尼比范圍為0到0.1,步長為0.01。節(jié)點(diǎn)47898、76464以下統(tǒng)一簡稱N47898、N76464。N47898X、Y、Z三個(gè)方向的表面振動(dòng)見圖4,由下圖可以看出,當(dāng)阻尼為0.011時(shí),振動(dòng)速度的峰值達(dá)到800mm/s,阻尼為0.022時(shí)峰值為300mm/s,阻尼為0.033時(shí)峰值振動(dòng)速度為159mm/s,隨著阻尼的增大峰值速度會(huì)變小。

N76464 X、Y、Z三個(gè)的方向的表面振動(dòng)速度見圖5,當(dāng)阻尼為0.011時(shí),振動(dòng)速度峰值為-561mm/s,阻尼為0.022時(shí)峰值速度為-320mm/s,阻尼為0.033時(shí)振動(dòng)速度峰值為-236mm/s。隨著阻尼增大峰值速度變小。

N47898和N76464兩點(diǎn)的頻率響應(yīng)曲線中取兩個(gè)特征頻率附近的速度峰值,N47898的兩個(gè)特征頻率為1759HZ、2284HZ,N76464的兩個(gè)本征頻率為1391HZ、2319HZ。在頻率不變,阻尼改變的情況的下查看表面振動(dòng)速度隨阻尼的變化曲線,見圖5和圖6,從圖中可以看出隨著阻尼的增大,表面振動(dòng)速度會(huì)變小,當(dāng)阻尼較小時(shí),表面振動(dòng)速度會(huì)非常大,隨著阻尼的增大,阻尼對振動(dòng)速度的抑制作用會(huì)越來越弱。

對以上8個(gè)圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,橫坐標(biāo)為阻尼比,縱坐標(biāo)為峰值比,峰值比

定義為:

其中S為當(dāng)阻尼0.011時(shí)對應(yīng)的峰值振動(dòng)速度,s為其他阻尼比對應(yīng)的振動(dòng)速度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖7,從圖中可以看出,阻尼增大對振動(dòng)速度有削弱的作用,但這種作用是非線性的且在阻尼不同的情況下的削弱程度不一樣。