Hypermesh計(jì)算消聲器模態(tài)

1、運(yùn)用Hypermesh計(jì)算消聲器模態(tài)i概述目前許多CAE分析都采用HyperMesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，后期計(jì)算采用其它如Nastran,Ansys等分析軟件，在多個(gè)軟件之間的接口，需要設(shè)置不同的控制卡片，對(duì)于CAE分析來(lái)講比較煩瑣，過(guò)多的文件轉(zhuǎn)換也容易造成信息遺漏。HyperWorks自帶的求解器RADI0SS和后處理軟件HyperView可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。整個(gè)分析過(guò)程在同一個(gè)操作界面中可以實(shí)現(xiàn)。模態(tài)分析是汽車(chē)零部件常見(jiàn)的分析工況，本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)消聲器的計(jì)算實(shí)例，說(shuō)明HyperWorks在模態(tài)計(jì)算方面的應(yīng)用。2消聲器結(jié)構(gòu)分析消聲器是汽車(chē)上重要的降噪部件。目前消聲氣多注重聲學(xué)方面的研究，針對(duì)其

2、振動(dòng)形式研究較少，缺少量化標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)消聲器支架以及消聲器安裝設(shè)計(jì)來(lái)講，消聲器的振動(dòng)研究是必要的。本文通過(guò)對(duì)消聲器進(jìn)行數(shù)字化建模，計(jì)算其振動(dòng)模態(tài)，并模擬在特定激勵(lì)下消聲器的響應(yīng)，獲取消聲器的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。2.1消聲器概況利用CATIAV5R19軟件中的鈑金模塊建立模型。消生器內(nèi)部采用焊接的方式連接。中間的消聲層采用高溫耐熱材料，將排氣的聲能轉(zhuǎn)化為熱能。為提高計(jì)算效率，對(duì)模型的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。去除焊接部位及邊緣的折棱，取消外部的隔熱板以及安裝的支架。模型如圖1所示。圖1幾何模型2.2網(wǎng)格的前處理對(duì)將Catia裝配模型導(dǎo)入HyperMesh10.0進(jìn)行網(wǎng)格劃分。消聲器大部分是薄壁件，用Shell單元

3、對(duì)消聲器薄板進(jìn)行劃分。導(dǎo)入HyperMesh的零件模型為面元素，進(jìn)行相應(yīng)的幾何清理，利用HyperMesh里面的midsuface面板進(jìn)行中面抽取操作。對(duì)于體的部分也進(jìn)行了抽取中面的操作。分別在各個(gè)面上劃分網(wǎng)格，為了控制網(wǎng)格的數(shù)量，進(jìn)排氣管上，以及共振腔壁面上的圓孔用小方孔近似替代見(jiàn)圖2,內(nèi)部的薄板是焊接在外層蒙皮上的，直接合并結(jié)點(diǎn)，將其連接為一體見(jiàn)圖3。圖2小孔的處理圖3焊接部分的處理共劃分四邊形單元74566個(gè)，三角形單元1088個(gè)。消聲器模型做了適當(dāng)簡(jiǎn)化，將消聲材料去掉，另外。消聲器采用自由模態(tài)的方法，不添加約束。將材料特性賦給給各個(gè)Component后，對(duì)整個(gè)裝配模型進(jìn)行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)

4、模型的質(zhì)量為26.5kg，而實(shí)際消聲器質(zhì)量為29.3kg由于對(duì)于消聲器模態(tài)來(lái)講，質(zhì)量和剛度對(duì)于模態(tài)結(jié)果非常重要，因此重新檢查模型。先前為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將所有板金折疊部分以及外部的邊棱去掉，現(xiàn)在將這些特征重新在有限元模型上表現(xiàn)出來(lái)，重新定義其厚度。見(jiàn)圖4。t卡卜卜!:圖4有限元模型（剖面）2.3有限元計(jì)算結(jié)果圖5有限元計(jì)算結(jié)果2.4模態(tài)結(jié)果分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表1模態(tài)結(jié)果分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比計(jì)琨計(jì)韓Hz)試數(shù)faL天:振羽計(jì)階計(jì)尊結(jié)果(Hr)試皺HP壬24XB411503+7145J73A9右測(cè)板g階折動(dòng)I52,5128右側(cè)板1階振動(dòng)1Q69.2239.8713.64415818J5J.7332.86

5、菽板1陸扇17貯0593.9450J151170.Bto174lM2.01右阿板階振動(dòng)4I13.SA4111S7.P16633922812191SS5工二內(nèi)甘振動(dòng)模態(tài)123873209:-20J.3I22.80就板1陸融35137.12點(diǎn)13E-別右側(cè)板階振動(dòng)7822-156218-倍從模態(tài)結(jié)果上來(lái)看，由于受到試驗(yàn)條件的限制。消聲器的主要模態(tài)集中在右側(cè)隔熱板上，隔熱板是利用鉚釘和支架焊接在一起的。此處的模態(tài)頻率比較低，而消聲器的鋼板是焊接和卷裝在一起的，作為一個(gè)整體頻率普遍較高結(jié)果分析：從結(jié)果來(lái)看，總體上試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果是相戶(hù)吻合的，低階時(shí)由于右側(cè)隔熱板與消聲器之間是鉚接的，而且存在縫隙和過(guò)

6、贏配合。由此導(dǎo)致有限元擬合比較困難，誤差較大，但從高階上看基本與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，可以反映消聲器真實(shí)的模態(tài)。自由狀態(tài)下的消聲器在200Hz以下的振動(dòng)模態(tài)一共有69階(除去6個(gè)剛體模態(tài)外)，其中消聲器外部蒙皮的模態(tài)一共是19個(gè)，其余50個(gè)模態(tài)都為消聲器內(nèi)部隔板的模態(tài)。在消聲器蒙皮的模態(tài)中包含右側(cè)(以進(jìn)氣管為前，排氣管為左)11個(gè)，左側(cè)4個(gè)，上側(cè)1個(gè),后側(cè)2個(gè)，前面1個(gè)模態(tài)。消聲器內(nèi)部的隔板比較薄(0.6mm),剛度低，低階模態(tài)集中比較多。消聲器右側(cè)是共振腔，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，都是大面積的薄板，低階模態(tài)主要集中在這里，在消聲器左側(cè)由于布置了進(jìn)排氣管以及其他的小面積隔板，結(jié)構(gòu)剛度較大，低階模態(tài)相對(duì)少。從消聲器的原理來(lái)講，右側(cè)共振腔內(nèi)低的模態(tài)有利于被低頻氣流激發(fā)共振，吸收氣流能量，達(dá)到降低噪音的目的。消聲器蒙皮振動(dòng)在上下方向以及前后方向振動(dòng)低頻比較低，一共5個(gè)，而且都在158Hz以上，在考慮氣流激勵(lì)頻率的情況下，這些激勵(lì)產(chǎn)生共振的可能比較小，在消聲器的前后以及上下端面部位會(huì)用鋼帶與支架連接，不希望消聲器產(chǎn)生過(guò)大振動(dòng)而對(duì)支架產(chǎn)生疲勞損傷。3結(jié)論利用HperMeshlO.O對(duì)卡丁車(chē)和消聲器進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于消聲器都是薄壁件，所以使用Shell單元?jiǎng)澐郑?D單元的網(wǎng)格質(zhì)量很容易控制，且數(shù)量較少，計(jì)算效率高。HyperMeshlO.O提供的抽取中面的面板，很容易從幾何特征中獲得