CN113343542A - 一种进气歧管的优化设计方法及进气歧管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种进气歧管的优化设计方法及进气歧管,属于车辆的进气系统领域。该方法包括:根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线;对目标频段的每一频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得各个倍频程曲线;根据各个倍频程曲线合成评价目标曲线;根据有限元分析方法获取目标发动机对应的目标进气歧管表面的辐射声功率的目标频谱曲线,并对目标频段的目标频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得目标倍频程曲线;根据评价目标曲线和目标倍频程曲线的对比结果对目标进气歧管进行优化。本发明的进气歧管的优化设计方法能够快速评估进气歧管辐射噪声。
Description
技术领域
本发明属于车辆的进气系统领域,特别是涉及一种进气歧管的优化设计方法及进气歧管。
背景技术
现有技术对进气歧管NVH(噪声、振动与声振粗糙度,Noise、Vibration、Harshness)性能的评估,主要集中于模态分析和发动机整机下进气歧管振动响应计算。通过模态计算能够判断其共振转速并从避频角度进行设计优化。这种考虑燃烧激励下的整机振动计算方法能够分析歧管振动响应,但是仅考虑了共振频率,无法评价歧管辐射噪声,计算周期较长,工作量较大,不能满足产品设计初期快速识别歧管NVH风险的要求。也无数据库作为支撑,无明确评价标准。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种进气歧管的优化设计方法,能够快速评估进气歧管辐射噪声。
本发明的进一步的一个目的是要建立进气歧管的辐射噪声水平的数据库和评价标准。
本发明第二方面的一个目的是提供一种通过上述优化设计方法设计的进气歧管。
特别地,本发明提供了一种进气歧管的优化设计方法,包括:
根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线;
对目标频段的每一所述频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得各个倍频程曲线;
根据各个所述倍频程曲线合成评价目标曲线,所述评价目标曲线的每一频段的纵坐标为各个所述倍频程曲线的对应频段内的纵坐标中的最大值和最小值的平均值;
根据有限元分析方法获取目标发动机对应的目标进气歧管表面的辐射声功率的目标频谱曲线,并对目标频段的所述目标频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得目标倍频程曲线;
根据所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的对比结果对所述目标进气歧管进行优化。
可选地,根据所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的对比结果对所述目标发动机的进气歧管进行优化的步骤包括:
比较每个频段的所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的纵坐标值;
将所述目标倍频程曲线的纵坐标值大于所述评价目标曲线的纵坐标的频段确定为待优化频段;
对所述待优化频段进行优化。
可选地,对所述待优化频段进行优化的步骤包括:
通过改变所述目标进气歧管的壁厚和/或增减加强筋结构的方式对所述待优化频段进行优化。
可选地,根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线的步骤包括:
建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的有限元模型;
对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析,以获取各个所述有限元模型中的所述进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线。
可选地,建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的有限元模型的步骤包括:
建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管三维模型;
对所述三维模型进行有限元网格划分,并建立所述发动机的各个部件与所述进气歧管的连接关系;
在所述发动机的凸轮轴轴承座处施加标准燃烧激励。
可选地,对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析的步骤包括:
采用模态叠加法对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析。
特别地,本发明还提供了一种进气歧管,所述进气歧管的结构参数通过根据上述任一项所述的优化设计方法确定。
本发明主要考虑发动机标准燃烧激励下,对多个发动机对应的进气歧管开展表面辐射噪声的分析,通过有限元分析方法快速计算各个进气歧管表面的辐射声功率,得到进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线,再通过三分之一倍频程处理得到各个倍频程曲线,再将各个倍频程曲线合成评价目标曲线,以这个评价目标曲线作为待分析的目标发动机的目标进气歧管的噪声评价标准,来对目标进气歧管进行优化设计。本方法借助了计算机辅助工具,可以有效评估发动机激励引起的进气歧管辐射噪声水平,可在产品开发初期对进气歧管辐射噪声进行优化,避免后期出现问题增加开发费用和时间成本。
进一步地,由于获得了评价目标曲线,即建立了进气歧管辐射噪声数据库,能够为后期其他机型开发提供参考。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的进气歧管的优化设计方法的流程图;
图2是根据本发明另一个实施例的进气歧管的优化设计方法中获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线的步骤的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的进气歧管的优化设计方法的流程图。本发明提供了一种进气歧管的优化设计方法,如图1所示,该方法包括:
步骤S100,根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线。频谱曲线的横坐标为频率,纵坐标为辐射声功率的幅值。
步骤S200,对目标频段的每一频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得各个倍频程曲线。具体地,按照现行国标规定,对频谱曲线进行分频段积分,然后分段取平均值,得到倍频程曲线。这里的目标频段可以根据需求进行设置。
步骤S300,根据各个倍频程曲线合成评价目标曲线,评价目标曲线的每一频段的纵坐标为各个倍频程曲线的对应频段内的纵坐标中的最大值和最小值的平均值。假设通过步骤S100至S200得到了N个频谱曲线,接着对每个频谱曲线进行三分之一倍频程处理得到N个倍频程曲线,然后提取出所有倍频程曲线的每个频段的纵坐标的最大值和最小值,例如在频率为a-b频段内,第1个倍频程曲线的纵坐标E1最小,第6个倍频程曲线的纵坐标E6最大,那么将(E1+E6)/2作为评价目标曲线在a-b频段内的纵坐标值。再依据以上取值方法依次获得评价目标曲线在各个频段内的纵坐标值,最后形成完整的评价目标曲线。
步骤S400,根据有限元分析方法获取目标发动机对应的目标进气歧管表面的辐射声功率的目标频谱曲线,并对目标频段的目标频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得目标倍频程曲线。
步骤S500,根据评价目标曲线和目标倍频程曲线的对比结果对目标进气歧管进行优化。
本实施例主要考虑发动机标准燃烧激励下,对多个发动机对应的进气歧管开展表面辐射噪声的分析,通过有限元分析方法快速计算各个进气歧管表面的辐射声功率,得到进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线,再通过三分之一倍频程处理得到各个倍频程曲线,再将各个倍频程曲线合成评价目标曲线,以这个评价目标曲线作为待分析的目标发动机的目标进气歧管的噪声评价标准,来对目标进气歧管进行优化设计。本方法借助了计算机辅助工具,可以有效评估发动机激励引起的进气歧管辐射噪声水平,可在产品开发初期对进气歧管辐射噪声进行优化,避免后期出现问题增加开发费用和时间成本。
进一步地,由于获得了评价目标曲线,即建立了进气歧管辐射噪声数据库,能够为后期其他机型开发提供参考。
进一步的一个实施例中,如图2所示,步骤S500包括:
比较每个频段的评价目标曲线和目标倍频程曲线的纵坐标值。
将目标倍频程曲线的纵坐标值大于评价目标曲线的纵坐标的频段确定为待优化频段。
对待优化频段进行优化。可选地,通过改变目标进气歧管的壁厚和/或增减加强筋结构的方式对待优化频段进行优化。
图2是根据本发明另一个实施例的进气歧管的优化设计方法中获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线的步骤的流程图。一个实施例中,如图2所示,步骤S100包括:
S102,获取多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的几何参数。
S104,根据多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的的几何参数建立相应的三维模型。可选地,对10余种机型的发动机及其对应相连的进气歧管建立相应的三维模型。
S106,对三维模型进行有限元网格划分,并建立发动机的各个部件与进气歧管的连接关系。即施加各个部件之间的约束。
S108,在发动机的凸轮轴轴承座处施加标准燃烧激励。可以在凸轮轴的任一个轴承座处施加,这里的标准燃烧激励是一个总和为1N的力,该力在X方向、Y方向和Z方向的分力大小相等,X方向为平行于曲轴轴向且指向变速箱的方向,Y为发动机的进气指向排气的方向,Z为竖直向上的方向。
步骤S110,建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的有限元模型。
步骤S112,对每一有限元模型中进行模态频率响应分析,以获取各个有限元模型中的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线。可选地,采用模态叠加法对每一有限元模型中进行模态频率响应分析。
步骤S104至S112均能通过仿真软件实现,根据用户的设定和选择,可以进行指定频段(频率范围),设定模态阻尼,设置输出数量的类型,对指定区域的频谱曲线的输出,还能选择分析方法、分析工况。
本发明还提供了一种进气歧管,进气歧管的结构参数通过上述任一个实施例或实施例的组合的优化设计方法确定。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种进气歧管的优化设计方法,其特征在于,包括:
根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线;
对目标频段的每一所述频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得各个倍频程曲线;
根据各个所述倍频程曲线合成评价目标曲线,所述评价目标曲线的每一频段的纵坐标为各个所述倍频程曲线的对应频段内的纵坐标中的最大值和最小值的平均值;
根据有限元分析方法获取目标发动机对应的目标进气歧管表面的辐射声功率的目标频谱曲线,并对目标频段的所述目标频谱曲线进行三分之一倍频程处理,以获得目标倍频程曲线;
根据所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的对比结果对所述目标进气歧管进行优化。
2.根据权利要求1所述的优化设计方法,其特征在于,根据所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的对比结果对所述目标发动机的进气歧管进行优化的步骤包括:
比较每个频段的所述评价目标曲线和所述目标倍频程曲线的纵坐标值;
将所述目标倍频程曲线的纵坐标值大于所述评价目标曲线的纵坐标的频段确定为待优化频段;
对所述待优化频段进行优化。
3.根据权利要求2所述的优化设计方法,其特征在于,对所述待优化频段进行优化的步骤包括:
通过改变所述目标进气歧管的壁厚和/或增减加强筋结构的方式对所述待优化频段进行优化。
4.根据权利要求1所述的优化设计方法,其特征在于,根据有限元分析方法获取多个机型的发动机对应的进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线的步骤包括:
建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的有限元模型;
对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析,以获取各个所述有限元模型中的所述进气歧管表面的辐射声功率的频谱曲线。
5.根据权利要求4所述的优化设计方法,其特征在于,建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管的有限元模型的步骤包括:
建立多个机型的发动机及与其相连的进气歧管三维模型;
对所述三维模型进行有限元网格划分,并建立所述发动机的各个部件与所述进气歧管的连接关系;
在所述发动机的凸轮轴轴承座处施加标准燃烧激励。
6.根据权利要求4所述的优化设计方法,其特征在于,对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析的步骤包括:
采用模态叠加法对每一所述有限元模型中进行模态频率响应分析。
7.一种进气歧管,其特征在于,所述进气歧管的结构参数通过根据权利要求1-6中任一项所述的优化设计方法确定。
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