体结构动强度的流固耦合有限元分析 - 图文-.doc

第7期箱体结构动强度的流固耦合有限元分析由表1可以看出,在网格单元较少时,增加网格单元数量可以使计算精度明显提高,而计算时问不会有大的增加。当网格单元数量增加到一定程度后,再继续增加网格单元数量时精度提高甚微,而计算时间却大幅度增加,此时应考虑网格单元的计算经济性。所以在权衡两个因数综合考虑下,本文中流固耦合箱体的有限元网格单位尺寸取为30mm,如图1所示。—structureinteractionfiniteelementmodel同时根据箱体的实际安装情况,在箱体有限元模型的左右输出端支座和前端面上的支撑点,进行六自曲度固定约束。,按照激励的来源主要分为两部分:1外部激励:主要有发动机扭振激励,通过传动轴系传递到变速箱箱体,车体振动(来自发动机振动、路面激励等通过变速箱的固定支撑点传递到箱体;2内部激励:主要有齿轮的时变刚度特性、转轴的动不平衡、内部油液的搅动等引起的振动激励。这些振动激励力经轴承座或者支撑点传递到箱体,激起变速箱箱体的振动。其中,在正常工况下箱体的内部激励较外部激励小。箱体受到的主要激励来源于外部激励。而外部激励中的路面激励的表现形式较为复杂,为了简化计算,探讨变速箱箱体动强度的数值计算方法,本文取发动机扭振激励作为箱体激励源【4]。如图2所示为变速箱4档时,发动机转速为l200r/min时,箱体前端面输入端轴承座所受的激励力谱。由图2可以看出,激励力的能量主要集中在低频段,频域内峰值分布在发动机转速各个谐次上。在箱体有限元模型的各个轴承座处加入各自所受的激励力谱的动载荷。图2前端面输入端轴承座处所受动载荷的激励力谱Fig2Excitingforcesspectraoftheinputbe吕dngblockonfronthouSingsurface箱体所受的静态载荷主要有两种:1来自发动机的平均扭矩,最终通过轴承座,以静态力的形式作用在箱体上;2箱体自身的重力,以及箱体内传动部件和油液的重力。本文计算强度时,取发动机在100%功率下产生的平均扭矩进行计算;同时,,先用Lanczos法进行模态分析,然后进行强迫响应分析,计算箱体的强迫响应结果。由于变速器工作时,其内部的油面高度会有所变化,所以本文首先计算了不同油面高度时,箱体各阶模态的变化。当内部油液的油面距离箱体最底面高度分别为200mm、230nun、260mm时,箱体的各阶模态值如表2所示。,箱体的前五阶模772兵工学报第28卷态频率值。从中可以发现随着油面高度增加,箱体的模态频率下降。造成这种现象是由于油液具有一定的粘性,在箱体振动时,油液会对箱壁产生一定的黏附作用,从而增加了箱体的附加质量,使得模态频率有所下降。然后,进行强迫响应计算。取箱体振幅和应力作为箱体振动强度的评价指标。一图3为箱体在210Hz激励下的强迫振动振幅云图,此频率接近箱体的一阶频率,箱体在此频率下的振幅和应力较大。由于箱体为铸铝材料zLl04,该材料较