CN107862169B - 基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于发动机振动技术领域，提供了一种基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，包括如下步骤：S1、对塑料进气歧管及螺栓的三维模型进行有限元网格的划分，获得有网格模型；S2、基于发动机振动计算分析、塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析以及塑料进气歧管工作状态下的结构温度场评估来收塑料进气歧管及螺栓的温度场，机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励及塑料进气歧管内腔气压激励；S3、将塑料进气歧管及螺栓的温度场、结构激励及气压激励施加到网格模型；S4、计算塑料进气歧管的振动水平。计算方法中考虑了部件温度因素、结构激励以及气体压力三种激励，以及三种激励共同耦合作用下的振动响应，这种计算方法提升CAE仿真精度。

Description

基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法
技术领域
本发明属于发动机振动计算技术领域，提供了一种基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法。
背景技术
发动机塑料进气歧管的辐射噪声是动力总成中的主要噪声来源之一。目前，采用CAE(Computer Aided Engineering)仿真技术，计算塑料进气歧管振动响应时仅考虑结构激励，仿真结果与试验结果偏差较大，现有计算方法与流程无法满足工程应用的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，旨在现有的塑料进气歧管振动响的计算仅考虑结构激励，导致仿真结果与试验结果偏差较大的问题。
本发明是这样实现的，一种基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，该方法包括如下步骤：
S1、对塑料进气歧管及螺栓的三维模型进行有限元网格的划分，获得有限元网格模型，所述螺栓与塑料进气歧管适配连接；
S2、基于发动机振动计算分析、塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析以及塑料进气歧管工作状态下的结构温度场评估来收塑料进气歧管及螺栓的温度场，机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励以及塑料进气歧管内腔气压激励，塑料进气歧管及螺栓的温度场为塑料进气歧管与螺栓在不同温度下的材料属性；
S3、将收集的塑料进气歧管及螺栓的温度场、机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励及塑料进气歧管内腔气压激励施加到的网格模型；
S4、计算塑料进气歧管的振动水平。
进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S31、基于塑料进气歧管及螺栓在工作状态下的温度场，赋予塑料进气歧管及螺栓网格模型中的网格在对应温度下的材料属性；
S32、选定塑料进气歧管螺栓安装处主点作为振动响应计算中强迫激励输入点，导入螺栓安装处的结构激励数据，输入力载荷形式的激励；
S33、将塑料进气歧管内腔表面的单元节点设置为集，作为内腔瞬态计算中内腔气体压力的激励输入点，导入螺栓安装处的气压激励数据，输入力载荷形式的激励。
进一步的，所述计算塑料进气歧管的振动水平具体包括如下步骤
S41、将网格模型设置为稳态动力学或瞬态动力学求解；
S42、将模态分析设置为求解分析中第一个分析工况，并设置模态求解的频率范围；
S43、将网格模型中选取塑料进气歧管各支管、谐振腔以及节流阀体总成结构表面取点作为振动特性的输出点，以频谱形式输出响应结果
进一步的，在步骤S2之后还包括：
导出机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励、以及塑料进气歧管内腔气压激励数据文本。
进一步的，塑料进气歧管、螺栓的几何模型与发动机整机振动激励的坐标系保持一致。
进一步的，塑料进气歧管总成的材料属性与其几何模型、计算域一一对应，所述材料属性与温度相关。
进一步的，在步骤S4之后还包括：
提取计算塑料进气歧管的振动水平，获得塑料进气歧管中高频振动速度级计算结果。
本发明的发明目的在于提供基于气固热耦合作用的发动机塑料进气歧管振动计算方法，计算方法中分别考虑了部件温度因素边界、结构激励以及气体压力二种激励，以及二种激励与温度边界共同耦合作用下的振动响应，这种计算方法提升CAE(Computer AidedEngineering)仿真精度，计算结果与试验测试结果更为接近，为产品开发初期评估塑料进气歧管振动水平提供较为精确的仿真结果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法的流程图，该方法包括如下步骤：
S1、基于塑料进气歧管及安装螺栓的三维模型进行有限元网格的划分，获得有限元网格模型；
在本发明实施例中，将塑料进气歧管及安装螺栓的三维模型导入CAE仿真软件，对导入三维模型进行有限元网格的划分，在网格划分的过程中，既要保证网格模型尽量与实际模型的吻合，又要控制网格数量，以保证计算速度；
S2、基于发动机振动计算分析、塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析以及塑料进气歧管工作状态下的结构温度场评估，收集塑料进气歧管及螺栓的温度场，缸体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励以及塑料进气歧管内腔的气压激励，塑料进气歧管及螺栓的温度场为塑料进气歧管与螺栓在不同温度下的材料属性；
在本发明实施例中，整机振动计算分析及塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析是通过现有的软件来获取的，塑料进气歧管工作状态下的结构温度场可以是经计算获取，或者是经实验来获取塑料进气歧管在工作状态下的温度场。
S3、将塑料进气歧管及螺栓的温度场、机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励及塑料进气歧管内腔的气压激励施加到的网格模型；
在本发明实施例中，步骤S3具体包括如下步骤：
S31、基于塑料进气歧管及螺栓在工作状态下的温度场，赋予塑料进气歧管及螺栓网格模型中的网格在对应温度下的材料属性；
S32、选定塑料进气歧管螺栓安装处主点作为振动响应计算中强迫激励输入点，导入螺栓安装处的结构激励数据，输入力载荷形式的激励；
S33、将塑料进气歧管内腔表面的单元节点设置为集，作为内腔瞬态计算中内腔气体压力的激励输入点，导入螺栓安装处的气压激励数据，输入力载荷形式的激励。
S4、计算塑料进气歧管的振动水平，提取振动响应结果，获得塑料进气歧管中高频振动速度级计算结果；
在本发明实施例中，计算塑料进气歧管的振动水平具体包括如下步骤：
S41、将网格模型设置为稳态动力学或瞬态动力学求解；
S42、将模态分析设置为求解分析中第一个分析工况，并设置模态求解的频率范围；
S43、将网格模型中选取塑料进气歧管各支管、谐振腔以及节流阀体总成结构表面取点作为振动特性的输出点，以频谱形式输出响应结果。
在本发明实施例中，在步骤S2之后还包括：
导出机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励、以及塑料进气歧管内腔气压激励数据文本。
在本发明实施例中，塑料进气歧管的材料属性(考虑温度的影响)与其几何模型、计算域一一对应。发动机塑料进气歧管、安装螺栓的几何模型基于发动机坐标系下的空间，与发动机整机振动激励的坐标系保持一致。
本发明的发明目的在于提供基于气固热耦合作用的发动机塑料进气歧管振动计算方法，计算方法中分别考虑了部件温度因素边界、结构激励以及气体压力二种激励，以及二种激励与边界的共同耦合作用下的振动响应，这种计算方法提升CAE(Computer AidedEngineering)仿真精度，计算结果与试验测试结果更为接近，为产品开发初期评估塑料进气歧管振动水平提供较为精确的仿真结果。
此外，通过本发明基于气固热耦合作用的发动机塑料进气歧管振动计算方法，可以在样件试制以前，评估塑料进气歧管工作环境，完成发动机整机振动计算分析与塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析获取两种类型的激励并加载，通过振动计算分析，得到精确的零部件结构表面振动水平的数据，该数据是塑料进气歧管振动水平非常重要的评价指标，可以在产品开放初期评估零部件振动水平是否满足振动限值的要求，判断零部件是否需要继续优化改进的重要依据。本发明通过对计算方法的优化可以大幅地提高了零部件的研发水平与效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、对塑料进气歧管及螺栓的三维模型进行有限元网格的划分，获得有限元网格模型，所述螺栓与塑料进气歧管适配连接；
S2、基于发动机振动计算分析、塑料进气歧管内腔瞬态CFD分析以及塑料进气歧管工作状态下的结构温度场评估，收集塑料进气歧管及螺栓的温度场，机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励以及塑料进气歧管内腔的气压激励，塑料进气歧管及螺栓的温度场为塑料进气歧管与螺栓在不同温度下的材料属性；
S3、将塑料进气歧管及螺栓的温度场、机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励及塑料进气歧管内腔的气压激励施加到的网格模型；
S4、计算塑料进气歧管的振动水平；
所述步骤S3具体包括如下步骤：
S31、基于塑料进气歧管及螺栓在工作状态下的温度场，赋予塑料进气歧管及螺栓网格模型中的网格在对应温度下的材料属性；
S32、选定塑料进气歧管螺栓安装处主点作为振动响应计算中强迫激励输入点，导入螺栓安装处的结构激励数据，输入力载荷形式的激励；
S33、将塑料进气歧管内腔表面的单元节点设置为集，作为内腔瞬态计算中内腔气体压力的激励输入点，导入螺栓安装处的气压激励数据，输入力载荷形式的激励。
2.如权利要求1所述的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，所述计算塑料进气歧管的振动水平具体包括如下步骤
S41、将网格模型设置为稳态动力学或瞬态动力学求解；
S42、将模态分析设置为求解分析中第一个分析工况，并设置模态求解的频率范围；
S43、将网格模型中选取塑料进气歧管各支管、谐振腔以及节流阀体总成结构表面取点作为振动特性的输出点，以频谱形式输出响应结果。
3.如权利要求1所述的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，在步骤S2之后还包括：
导出机体通过螺栓传递至塑料进气歧管的结构激励、以及塑料进气歧管内腔气压激励数据文本。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，
塑料进气歧管、螺栓的几何模型与发动机整机振动激励的坐标系保持一致。
5.如权利要求1所述的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，塑料进气歧管总成的材料属性与其几何模型、计算域一一对应，所述材料属性与温度相关。
6.如权利要求1所述的基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：
提取计算塑料进气歧管的振动水平，获得塑料进气歧管中高频振动速度级计算结果。
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