基于Isight研究阻尼對頻響的影響

2016-10-24 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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國家重點實驗室,重慶,401120)

引言

在動力總成強迫響應分析中,阻尼對分析結果的影響很大,為了使仿真結果更加準確,需要對阻尼比進行設定。阻尼是結構體振動過程中能量耗散特征的參數[1],動力總成在實際振動時耗散的能量是多方面的,具體形式非常復雜,而且耗散能量不像結構尺寸、剛度、質量有明確的分析方法和響應的測量手段,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阻尼、外摩擦阻尼、材料內阻尼、輻射阻尼等方面構成。其中材料內阻尼是材料內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力頻率,才會發生最大的內耗。

在NVH仿真分析中,主要考慮材料內阻尼引起的能耗,Abaqus提供了模態阻尼、材料阻尼、結構阻尼等描述阻尼的方法。本文利用Isight試驗設計方法,針對固體材料的內阻尼,建立了缸蓋及缸蓋罩模型,研究材料阻尼對強迫響應的影響。

1、有限元模型描述

1.1仿真模型和材料參數

仿真模型為某發動機缸蓋及缸蓋罩模型,該模型采用2階四面體單元C3D10M,節點總數為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下的頻率響應,頻率響應分析采用模態法。利用模態法計算頻響時,第一個分析步中計算自由狀態缸蓋和缸蓋罩的模態,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試驗設計方法,由于阻尼只包括模態阻尼一個設計變量,因此采用全因子的試驗設計方法,并把模態阻尼設為可變因子,輸出結果為缸蓋罩上對應三點的振動速度。

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

(3)調用Abaqus的宏命令,運行Abaqus程序計算頻率響應。模型計算完畢后運行Abaqus后處理命令,將缸蓋罩上的三個節點的振動速度輸出到文本文件中。

(4)最后調用Simcode組鍵,利用Java語言讀取文本文件對應節點的振動速度,以便后面進行數據分析。

3、結果分析

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

采用僅改變模態阻尼的單變量試驗法,阻尼比范圍為0到0.1,步長為0.01。節點47898、76464以下統一簡稱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。