預(yù)測與降低柴油機(jī)油底殼輻射噪聲方法的研究
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在發(fā)動機(jī)的輻射噪聲中,結(jié)構(gòu)薄壁件(包括油底殼、氣門室罩、正時齒輪室罩等)產(chǎn)生的輻射噪聲占總輻射噪聲的50%左右,其中油底殼產(chǎn)生的輻射噪聲占總量的20%左右[ 1 ] ,因此有必要對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化,降低發(fā)動機(jī)的噪聲水平。
油底殼一般由薄鋼板沖壓而成,表面積大而剛度小,隨著曲軸箱的振動而輻射出大量噪聲。許多學(xué)者針對油底殼這類薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,文獻(xiàn)[ 2 ]、文獻(xiàn)[ 3 ]通過實(shí)驗(yàn)方法對發(fā)動機(jī)的薄壁件進(jìn)行了分析,得出施加結(jié)構(gòu)阻尼材料可以降低薄壁件的輻射噪聲;文獻(xiàn)[ 4 ]提出在油底殼結(jié)構(gòu)上布置加強(qiáng)板來提高結(jié)構(gòu)剛度從而降低輻射噪聲,但是未考慮油底殼中儲存潤滑油的情況。由于發(fā)動機(jī)工作時油底殼中的潤滑油與油底殼相互作用會對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性及聲學(xué)特性產(chǎn)生影響[ 5 ] , 運(yùn)用有限元/邊界元法( FEM /BEM)進(jìn)行分析時應(yīng)該考慮這個因素,從而得到精確的結(jié)果。對于潤滑油的模擬,文獻(xiàn)[ 6 ]運(yùn)用附加質(zhì)量的方法,該方法可以降低求解計算量和存儲空間,但附加質(zhì)量的確定比較困難。
文中針對某六缸柴油機(jī)在標(biāo)定工況條件下,對油底殼結(jié)構(gòu)采用FEM /BEM直接求解結(jié)構(gòu)的流固耦合方程得到了結(jié)構(gòu)輻射噪聲功率級,并且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上提出兩種降低該類薄壁結(jié)構(gòu)輻射噪聲的方法,且均具有一定效果。
2有限元流固耦合方程與邊界元方程
在油底殼結(jié)構(gòu)中,流體與固體相互作用的部分為流固耦合區(qū),流體的振動對固體表面產(chǎn)生壓力,固體表面的振動會引起流體的擾動,為流體提供速度或加速度載荷。流固耦合的運(yùn)動學(xué)方程為
固體與流體上的載荷。
通過有限元流固耦合方程可以計算得到結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)數(shù)據(jù),但是還須對結(jié)構(gòu)振動對周圍外聲場產(chǎn)生的輻射噪聲特性進(jìn)行分析。假設(shè)聲學(xué)系統(tǒng)為線性,將結(jié)構(gòu)的振動作為聲學(xué)系統(tǒng)的輸入量,聲學(xué)系統(tǒng)的邊界元方程可以描述為
3模型計算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
建立油底殼模型及包含潤滑油的流固耦合模型如圖1。在Nastran中計算油底殼在自由狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù),包括模態(tài)頻率及對應(yīng)的振型,同時對油底殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)識別,結(jié)果如表1所示,有限元計算模態(tài)與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)結(jié)果吻合較好,說明了有限元模型的正確性,可利用其進(jìn)行頻率響應(yīng)計算。
圖1 油底殼結(jié)構(gòu)及潤滑油有限元模型
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