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力研究院,重慶,401120;汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室,重慶,401120)

引言

在動力總成強迫響應(yīng)分析中,阻尼對分析結(jié)果的影響很大,為了使仿真結(jié)果更加準確,需要對阻尼比進行設(shè)定。阻尼是結(jié)構(gòu)體振動過程中能量耗散特征的參數(shù)[1],動力總成在實際振動時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配合的應(yīng)力頻率,才會發(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試驗設(shè)計方法,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)動機缸蓋及缸蓋罩模型,該模型采用2階四面體單元C3D10M,節(jié)點總數(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,計算時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)法計算頻響時,第一個分析步中計算自由狀態(tài)缸蓋和缸蓋罩的模態(tài),第二個分析步在缸蓋與缸體螺栓連接點、凸輪軸承孔處施加1N的寬頻激勵。

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試驗設(shè)計方法,由于阻尼只包括模態(tài)阻尼一個設(shè)計變量,因此采用全因子的試驗設(shè)計方法,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)三點的振動速度。

(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,運行Abaqus程序計算頻率響應(yīng)。模型計算完畢后運行Abaqus后處理命令,將缸蓋罩上的三個節(jié)點的振動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)點的振動速度,以便后面進行數(shù)據(jù)分析。

3、結(jié)果分析

由于缸蓋罩是發(fā)動機的主要輻射面,在NVH性能分析中主要關(guān)注其表面振動速度,因此讀取缸蓋罩上三個節(jié)點的表面振動速度,見圖2.

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

N76464 X、Y、Z三個的方向的表面振動速度見圖5,當阻尼為0.011時,振動速度峰值為-561mm/s,阻尼為0.022時峰值速度為-320mm/s,阻尼為0.033時振動速度峰值為-236mm/s。隨著阻尼增大峰值速度變小。

N47898和N76464兩點的頻率響應(yīng)曲線中取兩個特征頻率附近的速度峰值,N47898的兩個特征頻率為1759HZ、2284HZ,N76464的兩個本征頻率為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,表面振動速度會變小,當阻尼較小時,表面振動速度會非常大,隨著阻尼的增大,阻尼對振動速度的抑制作用會越來越弱。