基于Isight研究阻尼对频响的影响

2016-10-24 by:CAE仿真在线来源:互联网

作者:谭海、李凤琴

(重庆长安汽车股份有限公司动力研究院,重庆,401120;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆,401120)

引言

在动力总成强迫响应分析中,阻尼对分析结果的影响很大,为了使仿真结果更加准确,需要对阻尼比进行设定。阻尼是结构体振动过程中能量耗散特征的参数[1],动力总成在实际振动时耗散的能量是多方面的,具体形式非常复杂,而且耗散能量不像结构尺寸、刚度、质量有明确的分析方法和响应的测量手段,使得阻尼问题难以利用精确的理论分析方法。振动过程中耗能由介质阻尼、外摩擦阻尼、材料内阻尼、辐射阻尼等方面构成。其中材料内阻尼是材料内摩擦耗能源于振动过程中原子换位所引起的能量损耗,只有与弛豫过程有适当配合的应力频率,才会发生最大的内耗。

在NVH仿真分析中,主要考虑材料内阻尼引起的能耗,Abaqus提供了模态阻尼、材料阻尼、结构阻尼等描述阻尼的方法。本文利用Isight试验设计方法,针对固体材料的内阻尼,建立了缸盖及缸盖罩模型,研究材料阻尼对强迫响应的影响。

1、有限元模型描述

1.1仿真模型和材料参数

仿真模型为某发动机缸盖及缸盖罩模型,该模型采用2阶四面体单元C3D10M,节点总数为186 842,有限元模型见图1。缸盖和缸盖罩的材料均为铝合金,计算时只考虑材料为线弹性,材料属性见表1.

1.2边界条件和载荷

该模型计算自由状态下的频率响应,频率响应分析采用模态法。利用模态法计算频响时,第一个分析步中计算自由状态缸盖和缸盖罩的模态,第二个分析步在缸盖与缸体螺栓连接点、凸轮轴承孔处施加1N的宽频激励。

2、Isight模型描述

利用Isight搭建缸盖频响的DOE分析流程,流程图见图1,此流程分为4步。

(1)此步利用DOE试验设计方法,由于阻尼只包括模态阻尼一个设计变量,因此采用全因子的试验设计方法,并把模态阻尼设为可变因子,输出结果为缸盖罩上对应三点的振动速度。

(2)利用Simcode组键,读取模态阻尼作为可变参数,并把可变参数保存在对应的文件中。

(3)调用Abaqus的宏命令,运行Abaqus程序计算频率响应。模型计算完毕后运行Abaqus后处理命令,将缸盖罩上的三个节点的振动速度输出到文本文件中。

(4)最后调用Simcode组键,利用Java语言读取文本文件对应节点的振动速度,以便后面进行数据分析。

3、结果分析

由于缸盖罩是发动机的主要辐射面,在NVH性能分析中主要关注其表面振动速度,因此读取缸盖罩上三个节点的表面振动速度,见图2.

采用仅改变模态阻尼的单变量试验法,阻尼比范围为0到0.1,步长为0.01。节点47898、76464以下统一简称N47898、N76464。N47898X、Y、Z三个方向的表面振动见图4,由下图可以看出,当阻尼为0.011时,振动速度的峰值达到800mm/s,阻尼为0.022时峰值为300mm/s,阻尼为0.033时峰值振动速度为159mm/s,随着阻尼的增大峰值速度会变小。

N76464 X、Y、Z三个的方向的表面振动速度见图5,当阻尼为0.011时,振动速度峰值为-561mm/s,阻尼为0.022时峰值速度为-320mm/s,阻尼为0.033时振动速度峰值为-236mm/s。随着阻尼增大峰值速度变小。

N47898和N76464两点的频率响应曲线中取两个特征频率附近的速度峰值,N47898的两个特征频率为1759HZ、2284HZ,N76464的两个本征频率为1391HZ、2319HZ。在频率不变,阻尼改变的情况的下查看表面振动速度随阻尼的变化曲线,见图5和图6,从图中可以看出随着阻尼的增大,表面振动速度会变小,当阻尼较小时,表面振动速度会非常大,随着阻尼的增大,阻尼对振动速度的抑制作用会越来越弱。