基于CAE的機(jī)油泵振動(dòng)噪聲解決方案-V2

機(jī)油泵振動(dòng)噪聲解決方案白長(zhǎng)安海基盛元聲學(xué)事業(yè)部2013.10.31交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案總結(jié)2始于2008年，牽手FFT，引進(jìn)Actran！3?；晫W(xué)事業(yè)部?；峁┮韵侣晫W(xué)CAE產(chǎn)品4聲學(xué)CAE產(chǎn)品服務(wù)SoundFlowEASEHVAC專業(yè)的建聲、電聲分析軟件Actran專業(yè)的隔聲/吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件專業(yè)的計(jì)算聲學(xué)軟件專業(yè)的空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析軟件5聲學(xué)事業(yè)部人員架構(gòu)CAE軟件應(yīng)用團(tuán)隊(duì)人員結(jié)構(gòu)10人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)專業(yè)構(gòu)成聲學(xué)-3人車輛-2人空氣動(dòng)力學(xué)-2人航空-1人核能-1人機(jī)械-1人CAE軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)?；晫W(xué)事業(yè)部精神：一馬愿為先6咨詢服務(wù)類型國(guó)家重大科技專項(xiàng)和863課題承擔(dān)與合作大飛機(jī)專項(xiàng)、核電專項(xiàng)、直升機(jī)課題企業(yè)咨詢項(xiàng)目服務(wù)汽車：發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、空調(diào)、機(jī)油泵、風(fēng)噪聲、聲學(xué)包船舶：螺旋槳、閥門、船艙、聲納、柴油機(jī)工程機(jī)械：挖掘機(jī)駕駛艙、風(fēng)機(jī)、液壓泵、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)電產(chǎn)品：空調(diào)、壓縮機(jī)、消聲器、內(nèi)排管、吸塵器、變壓器、電機(jī)、電梯、揚(yáng)聲器、話筒咨詢服務(wù)形式單一項(xiàng)目的服務(wù)→戰(zhàn)略合作伙伴的框架式服務(wù)1對(duì)1的服務(wù)→為中小型企業(yè)提供的計(jì)算云服務(wù)7聲學(xué)咨詢服務(wù)聲學(xué)服務(wù)平臺(tái)8QQ群：81289983www.China-A交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部

機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案總結(jié)9機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論機(jī)油泵是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的潤(rùn)滑系統(tǒng)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的振動(dòng)和噪聲危害，影響車內(nèi)外人們的舒適性，同時(shí)影響機(jī)油泵的使用壽命。機(jī)油泵性能分析中主要考慮結(jié)構(gòu)和流體分析；結(jié)構(gòu)包括強(qiáng)度、密封、疲勞等；流體性能包括排量、扭矩、壓力脈動(dòng)、空化等。機(jī)油泵產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，最主要的是在工作過(guò)程中瞬間產(chǎn)生的一些沖擊載荷的作用，包括油壓和其它一些載荷。機(jī)油泵流致振動(dòng)噪聲分析中，流固耦合、聲振耦合分析均較為困難，工程師以實(shí)驗(yàn)測(cè)試和工程經(jīng)驗(yàn)為主。1011機(jī)油泵流致噪聲機(jī)理旋轉(zhuǎn)的離散噪聲旋轉(zhuǎn)噪聲是由于轉(zhuǎn)子或葉片的轉(zhuǎn)動(dòng),周期性地激勵(lì)泵體而產(chǎn)生的噪聲，其頻率為齒輪的嚙合頻率(葉輪機(jī)械的葉片通過(guò)頻率)，在其基頻和諧波處具有較高的噪聲值：

n為葉輪/齒輪轉(zhuǎn)速，r/min;z為葉輪葉片數(shù)/齒數(shù)；i=1,2,3…表示諧波序號(hào)。離散噪聲分類:(1)齒輪泵齒與齒之間的周期性的相互作用引起的噪聲；(2)齒輪泵固定安裝不穩(wěn)產(chǎn)生的周期性的振動(dòng)噪聲。2.寬頻帶噪聲湍流噪聲是由于機(jī)油流過(guò)油道和齒間過(guò)程中在齒表面形成的紊流附面層以及在齒輪出口附近產(chǎn)生的附面層脫離而形成的。渦流噪聲是一種寬帶噪聲，在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的噪聲值。寬頻噪聲分類:(1)湍流邊界層及尾流；(2)漩渦從固體表面脫落；(3)湍流沖擊固體表面；(4)空泡噪聲。機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論現(xiàn)有解決方法以實(shí)驗(yàn)測(cè)試和故障診斷為主12實(shí)驗(yàn)測(cè)試和故障診斷過(guò)程根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)模型交流內(nèi)容

海基聲學(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案總結(jié)13機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案現(xiàn)有技術(shù)路線14CAD模型模態(tài)提取模態(tài)校核實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)件傳感器布置振動(dòng)、噪聲測(cè)試反饋意見機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案模態(tài)分析模態(tài)分析是衡量結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)屬性的一種數(shù)學(xué)方法，主要就是求解系統(tǒng)矩陣方程的特征值，以確定結(jié)構(gòu)的特征頻率，為產(chǎn)品改進(jìn)提供依據(jù)。對(duì)模態(tài)進(jìn)行分析時(shí)，不考慮阻尼情況（因結(jié)構(gòu)的阻尼對(duì)其模態(tài)頻率和振型影響很?。?15固有頻率和振型機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案模態(tài)校核試驗(yàn)考慮到由于網(wǎng)格離散質(zhì)量及邊界約束等方面會(huì)因分析者對(duì)問題的理解而存在差異，從而導(dǎo)致求解結(jié)果有所差異，這里需要對(duì)模態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。常用的模態(tài)試驗(yàn)方法是將結(jié)構(gòu)按照實(shí)際連接方式進(jìn)行安裝后，通過(guò)力錘對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行敲擊，以激起結(jié)構(gòu)的固有頻率。這種方法簡(jiǎn)單可靠，但很難激起所有的固有頻率，所以一般還是通過(guò)數(shù)值計(jì)算進(jìn)行模態(tài)求解，然后通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比。16機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案模態(tài)校核試驗(yàn)

取模態(tài)數(shù)值計(jì)算中的外嚙合齒輪泵安裝在機(jī)油泵綜合性能試驗(yàn)臺(tái)架上，在結(jié)構(gòu)表面布置一組振動(dòng)加速度傳感器，連接信號(hào)采集設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集。這里采用B&K的單向加速度傳感器和PULSE信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集，然后通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換，找出特征頻率的分布規(guī)律。17機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案實(shí)驗(yàn)測(cè)試18原試驗(yàn)件泵體改進(jìn)后試驗(yàn)件泵體麥克風(fēng)傳感器加強(qiáng)筋機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案優(yōu)點(diǎn)：直觀的測(cè)量振動(dòng)加速度值、噪聲大小；若改進(jìn)后再測(cè)試效果好，說(shuō)服力較強(qiáng)缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量較大、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；需工程師具備豐富工程經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)意見比較盲目；對(duì)機(jī)油泵振動(dòng)噪聲機(jī)理分析不夠清晰；19機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案優(yōu)缺點(diǎn)：交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論

機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案總結(jié)20基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CAD模型CFD網(wǎng)格流體計(jì)算流體聲源CAD模型聲學(xué)網(wǎng)格聲學(xué)計(jì)算計(jì)算結(jié)果流體分析噪聲分析CAD模型模態(tài)分析模態(tài)試驗(yàn)傳感器布置振動(dòng)、噪聲測(cè)試反饋優(yōu)化ICFD轉(zhuǎn)換基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案研究對(duì)象22泵體幾何模型流體域幾何模型研究模型為10齒的外嚙合齒輪泵，計(jì)算工況中轉(zhuǎn)速為6000RPM基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CFD分析：網(wǎng)格處理23CFD嚙合齒輪部分網(wǎng)格如下所示，網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，進(jìn)出口油腔的網(wǎng)格是通過(guò)Pumplinx通用網(wǎng)格生成工具生成，共232658個(gè)網(wǎng)格?；贑AE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CFD計(jì)算設(shè)置24基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CFD結(jié)果云圖(瞬態(tài))25油泵流體域壓力分布云圖流體域密度分布云圖流體域Y速度分布云圖基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CFD結(jié)果：流場(chǎng)中流線示意圖26基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案CFD軟件湍流CFD模擬基本變量壓強(qiáng),速度,密度,……iCFD將

CFD

基本量轉(zhuǎn)換為聲源

將聲源插值入聲學(xué)網(wǎng)格

執(zhí)行傅里葉轉(zhuǎn)換ACTRANAero-Acoustics

計(jì)算

iCFD得到聲源的傳播

導(dǎo)出預(yù)設(shè)場(chǎng)點(diǎn)的聲場(chǎng)云圖和聲壓值A(chǔ)CTRAN/VIACTRAN結(jié)果的后處理從

CFD結(jié)果到聲學(xué)結(jié)果...聲學(xué)分析流程基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案聲學(xué)模型28聲學(xué)模型包括：內(nèi)部油液區(qū)、泵體、外部空氣域；對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在劃分網(wǎng)格時(shí)，網(wǎng)格大小滿足每聲波波長(zhǎng)至少6個(gè)線性網(wǎng)格單元要求，即：

基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案聲源項(xiàng)29由聲源項(xiàng)云圖可以得到結(jié)論：機(jī)油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出口側(cè)聲源項(xiàng)壓力較大；齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生明顯離散噪聲，嚙何處聲源項(xiàng)聲壓較大；基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案聲壓分布云圖30基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案泵體結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移31基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案場(chǎng)點(diǎn)頻譜曲線32由圖可以看出，在頻率1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz處聲壓級(jí)出現(xiàn)了峰值，由下面公式得，轉(zhuǎn)速為6000RPM時(shí)，齒輪泵的由齒輪嚙合產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)的基頻為1000Hz，其前3階諧波為2000Hz、3000Hz、4000Hz，所以在這些頻率處均有波峰產(chǎn)生?；贑AE分析的振動(dòng)噪聲解決方案33振動(dòng)噪聲測(cè)試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案34振動(dòng)噪聲測(cè)試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案35振動(dòng)噪聲測(cè)試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案仿真值與實(shí)驗(yàn)對(duì)比曲線36考慮到實(shí)驗(yàn)本身也有誤差，Actran仿真得到數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好；2000Hz和2600Hz實(shí)驗(yàn)值與仿真值差距較大，其他頻段基本吻合；1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz為嚙合頻率及其倍頻，Actran能精確仿真旋轉(zhuǎn)機(jī)械離散噪聲?；贑AE分析的振動(dòng)噪聲解決方案聲學(xué)指向性分析37場(chǎng)點(diǎn)布置示意圖機(jī)油泵場(chǎng)點(diǎn)基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案噪聲貢獻(xiàn)量分析利用GREEN分析，可以得到泵體不同部位對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)噪聲的貢獻(xiàn)度，本文取實(shí)驗(yàn)時(shí)噪聲的測(cè)量點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)算泵體的貢獻(xiàn)度，監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖所示。38麥克風(fēng)機(jī)油泵基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案39噪聲貢獻(xiàn)量分析基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案40噪聲貢獻(xiàn)量分析交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動(dòng)噪聲概論機(jī)油泵振動(dòng)噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動(dòng)噪聲解決方案總結(jié)41總結(jié)近幾年CAE分析在國(guó)內(nèi)發(fā)展較快，特別是當(dāng)流體、聲學(xué)、結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域能夠相互耦合，軟件與軟件之間能夠較好的兼容解決工