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柴油机油底壳辐射声场的仿真研究 2006 LMS 首届用户大会论文集
柴油机油底壳辐射声场的仿真研究
方华王天灵李盛成胡金蕊
(吉林大学汽车学院,长春,130025)
[摘要]本文采用有限元与边界元联合求解的方法进行了柴油机油底壳辐射声场的仿真研究,利用
ANSYS 有限元软件进行了油底壳的谐响应分析,为 SYSNOISE 软件的边界元法声场模拟提供边界条件,
计算结果与实验结果的高度一致表明该方法是完全可行的,并且可以为低噪声设计提供指导。
关键词:模态,有限元,边界元,辐射声场
1、前言
传统的发动机设计,主要是参考已有的机型进行相似设计,然后再根据对样机的测试结果进行修改,
通常需要经过设计—样机—试验—修改这样一个多次反复的过程才有可能得到一台较好的机型,设计周期
长,效率低。
近年来,随着计算机技术的飞速发展,在汽车产品开发方面,CAE技术已经大量应用。在零、部件以
及整车尚未制造出来时,使用CAE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析,在计算机
上进行“试验”。有限元分析技术是CAE技术中重要方法之一。有限元法在力学领域中的应用已相当成熟,
但由于声辐射问题需要对整个外部声场划分三维网格,使得单元数量和求解工作量巨大,甚至无法求解。
因此,有限元技术在声学领域里的应用仅限于内场分析和简单规则结构的外场分析。而边界元法则利用边
界积分方程,使问题的维数降低了一维,并且既能求解有界区域问题,也能求解无界区域问题。这两种方
法相辅相成,它们的组合有着广泛的应用。
2、油底壳的模态分析
实验模态分析方法与计算模态分析方法一起,成为解决现代复杂结构动态特性设计的相辅相成的重要
手段。为了得到油底壳的模态参数和验证油底壳的有限元计算模型,对油底壳进行了实验模态分析。
试验选用比利时 LMS 公司的 试验模态分析系统,采用锤激试验法,进行了油底壳的模态试验。
同时根据油底壳的结构参数及材料参数,建立了有限元模型。模型共有 2669 个壳单元,2697 个节点。
材料为A8 钢板,其材料特性为弹性模量E=210×109Pa,泊松比μ=,密度ρ=7800 Kg/m3。
用 ANSYS 有限元分析软件对该模型进行固有频率和振型的求解,计算结果与实验模态分析结果的比
较见图 1。
Hz (实验值) Hz (计算值)
(a)
1
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(b)
(实验值) Hz (计算值)

254Hz (实验值) Hz (计算值)
(c)
图 1 前三阶实验模态振型和有限元模态振型图
(a) 第一阶(b)第二阶(c)第三阶

通过实验模态分析和计算模态分析的振型,以及固有频率的结果比较,二者最大相对误差小于 10%,
可以认为油底壳的有限元模型基本正确,为后续的动力分析提供了基础。
3、油底壳的谐响应分析


由于辐射声场的边界元模型是以结构有限元的响 1
应分析结果作为输入边界,为此,首先分析油底壳的
动态响应特性。