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BEM的变速器箱体辐射噪声研究

发布时间:2020-07-01 02:31:07 阅读: 来源:PC管厂家

1 前言 结构的声辐射问题的分析方法主要有解析法和数值法两大类。解析法适用于结构及边界条件较为规则的简单的问题,对于复杂结构的声辐射问题,采用解析法求解是非常困难的,而采用数值法则比较容易解决复杂结构和复杂边界条件的声学计算问题。常见的数值方法有迁移矩阵法、有限元法、边界元法、无限元法、统计能量法等,其中有限元法和边界元法已成为研究三维任意复杂结构稳态声辐射特性和声振耦合机理的有效工具。本文将采用有限元法和边界元法对复杂箱体的噪声辐射进行研究。 2 箱体有限元和边界元模型的建立 建立准确可靠的计算模型,是应用有限元进行结构动力学仿真的前提。根据圣维南原理,对模型的局部进行细小的在改动并不特别影响模型总的分析结果;同时根据研究的需要,对箱体的有限元模型主要作了如下合理简化和假设: (1)将放油螺栓、倒角和箱体的控制油通道等省略,其主要是考虑到下一步建立声学模型的复杂性; (2)将箱体视为一个整体(忽略箱体上的所有螺栓); 由于该箱体为一不规则薄壁件,结构比较复杂,各面的箱壁的厚度并不完全一致,有些地方还有加强筋,而且在轴承座的地方还有局部加厚,箱体内还有一定液面高度的润滑油,因此采用实体单元建模。利用三维建模软件Pro/E,建立三维模型,然后导入到Patran中建立流固耦合的有限元模型。单元类型为四面体十节点二次元,箱体结构由64348个实体单元构成,箱体内部的油液由4594个流体单元构成,在流体和结构的接触面定义其耦合关系。同时,选取箱体的外表面进行平面网格划分,建立边界元模型,其共有6521个面单元组成。

3 箱体激励载荷的确定 变速箱箱体的振动激励成分非常复杂,按照激励的来源主要包括两部分: (1)外部激励:主要有发动机扭振激励通过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,激起变速箱箱体表面的振动,从而辐射出机械噪声。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,探讨变速箱箱体噪声辐射的数值计算方法,本文取发动机扭振激励作为箱体激励源。如图3所示为发动机转速为1200r/min时,变速箱四档时,箱体前端面输入端轴承座所受的激励力谱。由图3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。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,进行六自由度固定约束。箱体阻尼比根据经验取0.06。 图3 前端面输入端轴承座处所受载荷的激励力谱

4 有限元振动仿真计算与分析 在有限元求解时,选用完整法(Full)进行求解。完整法是谐响应分析最常用、适用面最广的一种分析方法。该法虽然求解慢,但是其使用完整的结构矩阵,且允许非对称矩阵,可以在实体模型上加载,特别适合求解结构较复杂的有限元模型。其他两种方法:缩减法和模态叠加法,虽然都比完全法求解快,但是缩减法不能施加单元载荷,而且所有载荷必须施加到主自由度上;模态叠加法不能施加非零位移,而且初始条件不能有预加载荷。 取箱体表面位移和表面加速度作为箱体振动的评价指标。并取箱体振幅较大的频率220Hz频率接近箱体的一阶频率(216.15Hz)。由图4可以看出箱体前端面的振动最为明显。 图4 箱体220Hz强迫振动位移云图

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