CN116341312A - 一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。本发明涉及计算及辅助工程技术领域，本发明结合发动机分体式动力学建模方法，可以快速实现单部件优化对整机表面振动响应贡献的分析评价。与整机动力学计算后评价整机振动响应相比，分体式动力学计算及振动响应结果精度相当，计算时间缩短，可快速对单个部件进行优化迭代，也可同步对多个部件的不同优化组合进行对比分析评价，能较好的指导发动机产品NVH性能设计，降低了实物验证成本。

Description

一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法
技术领域
本发明涉及计算及辅助工程技术领域，是一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
背景技术
现有技术进行发动机表面振动响应计算后仅评价发动机整机状态总的表面振动响应结果，难以对各部件表面振动响应结果进行精确的分析和评价。通过对专利查新，未发现与本专利相似的已公开技术方案。
专利号CN202210013471.0的一种发动机整机动力学分体式建模方法，主要讲述了一种基于结构连接传递特性的发动机整机有限元建模和动力学建模方法，主要用于汽车发动机动力学及整机振动噪声的建模仿真。与本专利需要进行分体式动力学振动响应结果评价方法不同。
专利号为CN202210736833.9的一种汽车发动机结构对燃烧噪声衰减量的预测方法，主要讲述了一种发动机结构对燃烧噪声的衰减量预测方法，通过虚拟样机快捷地对结构衰减量进行预测，并根据预测结果对发动机结构设计进行改进优化。主要讲述了如何进行发动机结构对燃烧噪声衰减量的计算分析方法和流程。与本专利需要进行分体式动力学振动响应结果评价方法有明显差异。
专利号CN201910364120.2的汽车动力总成悬置响应计算方法及系统，讲述了一种汽车动力总成悬置响应计算方法及系统，该方法包括：根据汽车发动机的参数数据建立发动机动力学模型；根据所述汽车发动机的动力数据建立有限元模型，将所述轴承支点载荷输入至所述有限元模型，并进行仿真求解，以得到悬置位移响应。与本专利需要进行分体式动力学振动响应结果评价方法有明显差异。
通过专利分析发现，目前暂无相关技术对发动机分体式动力学计算后的部件振动响应进行精确评价的方法。本专利主要讲述如何对通过分体式动力学计算后发动机部件表面振动响应进行评价的流程和方法。
现有技术仅分析发动机整体的表面振动响应结果，不能精确分析部件级的表面振动响应及部件振动响应贡献最大的频率区间。本专利可以对部件的表面振动响应结果进行精确分析，提取部件对振动响应结果贡献最大的频率区间，可根据部件表面振动响应频率区间的分布结果进行部件级优化指导。可综合多转速工况下部件表面振动响应的结果，对部件关键部位进行优化设计。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，本发明结合发动机分体式动力学建模方法，可以快速实现单部件优化对整机表面振动响应贡献的分析评价。与整机动力学计算后评价整机振动响应相比，分体式动力学计算及振动响应结果精度相当，计算时间缩短，可快速对单个部件进行优化迭代，也可同步对多个部件的不同优化组合进行对比分析评价，能较好的指导发动机产品NVH性能设计，降低了实物验证成本。本发明提供了一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法，本发明提供了以下技术方案：
一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
步骤2：输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；
步骤3：分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线；
步骤4：分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
优选地，所述步骤1具体为：
步骤1.1：不同工况下仿真缸压或测试缸压数据，基于结构参数、结构形式、质量矩阵、刚度矩阵建立分体式多柔体发动机动力学模型；
步骤1.2：获取发动机三维模型，基于三维模型进行有限元建模，进行模态计算及动态压缩获取结构刚度矩阵、质量矩阵；
步骤1.3：基于缸压激励及动力学模型分析发动机主轴承激励及燃烧激励，将上述计算得到激励加载到整机有限元模型，基于模态法计算得到发动机部件表面振动速度响应；
步骤1.4：提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应。
优选地，所述方法还包括：
在多平台多机型开发过程，还可以形成不同机型总的振动响应数据库，不同机型不同部件振动响应数据库，便于机型之间的总振动响应的对比和部件振动响应对比分析。
优选地，所述方法还包括：
为提升评价效率，引入等效声功率级Lp，按下式计算：
Figure BDA0004104128510000041
其中，Wi＝ρ0C0SV2，W0取值为1.0×10-12W，ρ0为常温下空气密度，取值1.2kg/m3，C0为声波在空气中传播速度，取值344m/s，S为辐射面积，V为振动速度。
优选地，根据不同部件的等效声功率级，求解发动机总的等效声功率级结果，针对多机型计算对比不同发动机的等效声功率级。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
一种发动机振动响应、等效声功率级分析设备，包含存储器、处理器、存储在存储器并可在处理器运行程序，所述处理器执行所述程序时实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
一种发动机分体式动力学振动响应结果评价系统，其特征是：所述系统包括：
参数获取模块，所述参数获取模块获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
分析模块，所述分析模块输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；
振动响应分析模块，所述振动响应分析模块分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线；
能占比分析模块，所述能占比分析模块分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
本发明具有以下有益效果：
本发明结合发动机分体式动力学建模方法，可以快速实现单部件优化对整机表面振动响应贡献的分析评价。与整机动力学计算后评价整机振动响应相比，分体式动力学计算及振动响应结果精度相当，计算时间缩短，可快速对单个部件进行优化迭代，也可同步对多个部件的不同优化组合进行对比分析评价，能较好的指导发动机产品NVH性能设计，降低了实物验证成本。
附图说明
图1为发动机分体式动力学振动响应计算流程示意图；
图2为发动机分体式动力学振动响应评价流程示意图；
图3为发动机不同转速工况总振动响应结果示意图；
图4为发动机不同转速工况部件振动响应结果示意图；
图5为某转速各部件表面振动响应与总响应对比；
图6为某转速各部件表面振动响应能量占比分析示意；
图7为不同机型总表面振动响应对比分析示意；
图8为不同机型相同部件振动响应对比分析示意；
图9为不同发动机等效声功率级的对比分析示意；
图10为设备结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图10所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明涉及一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
步骤2：输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；将上述振动响应结果按照图2所示评价流程进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献。见图3示意。根据曲线示例分析某部件振动响应对发动机总的表面振动响应贡献趋势。
步骤3：分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线；见图4示意。
步骤4：分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
具体实施例二：
本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：
所述步骤1具体为：
步骤1.1：不同工况下仿真缸压或测试缸压数据，基于结构参数、结构形式、质量矩阵、刚度矩阵建立分体式多柔体发动机动力学模型；
步骤1.2：获取发动机三维模型，基于三维模型进行有限元建模，进行模态计算及动态压缩获取结构刚度矩阵、质量矩阵；
步骤1.3：基于缸压激励及动力学模型分析发动机主轴承激励及燃烧激励，将上述计算得到激励加载到整机有限元模型，基于模态法计算得到发动机部件表面振动速度响应；
步骤1.4：提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应。
表面振动速度计算的频率间隔为发动机对应转速的0.5阶，频率间隔的计算见公式(1)：
Figure BDA0004104128510000071
表面振动速度结果采用dB计量，表面振动速度级的计算公式见公式(2)：
Figure BDA0004104128510000072
式中：v表示部件振动速度，单位m/s；v0表示参考速度，其值为5.0×10-8m/s。对特定频段，表面振动速度积分级的计算公式见公式(3)：
Figure BDA0004104128510000073
具体实施例三：
本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：
所述方法还包括：
分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。某转速工况下部件振动响应与总振动响应对比分析见图5，某转速工况下各部件振动响应对总振动响应能量贡献占比见图6。
在多平台多机型开发过程，还可以形成不同机型总的振动响应数据库，不同机型不同部件振动响应数据库，便于机型之间的总振动响应的对比(见图7)和部件振动响应对比分析(见图8)。
具体实施例四：
本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：
所述方法还包括：
为提升评价效率，引入等效声功率级Lp，按下式计算：
Figure BDA0004104128510000081
其中，Wi＝ρ0C0SV2，W0取值为1.0×10-12W，ρ0为常温下空气密度，取值1.2kg/m3，C0为声波在空气中传播速度，取值344m/s，S为辐射面积，V为振动速度。根据公式可以计算出不同部件的等效声功率级，进一步求解发动机总的等效声功率级结果，针对多机型可以计算对比不同发动机的等效声功率级，见图9示意。
具体实施例五：
本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：
根据不同部件的等效声功率级，求解发动机总的等效声功率级结果，针对多机型计算对比不同发动机的等效声功率级。
具体实施例六：
本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
所述方法包括：
本发明涉及计算及辅助工程(CAE)领域，具体涉及发动机NVH动力学振动响应仿真结果评价方法，发动机分体式动力学振动响应计算流程如图1所示，计算得到发动机总的振动响应和缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将上述振动响应结果按照图2所示评价流程进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献。
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种发动机部件表面振动响应的一种评价方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种发动机部件表面振动响应的一种评价方法，包含以下步骤：
1)依据流程完成发动机进行振动响应计算,计算步骤见图1，
表面振动速度计算的频率间隔为发动机对应转速的0.5阶，频率间隔的计算见公式(1)：
Figure BDA0004104128510000091
表面振动速度结果采用dB计量，表面振动速度级的计算公式见公式(2)：
Figure BDA0004104128510000092
式中：
v表示部件振动速度，单位m/s；
v0表示参考速度，其值为5.0×10-8m/s。
对特定频段，表面振动速度积分级的计算公式见公式(3)：
Figure BDA0004104128510000101
2)输出发动机总的振动响应结果
3)输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将上述振动响应结果按照图2所示评价流程进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献。
4)分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，见图3示意。根据曲线示例分析某部件振动响应对发动机总的表面振动响应贡献趋势。
5)分析各部件振动速度级响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线。见图4示意。
6)分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。某转速工况下部件振动响应与总振动响应对比分析见图5，某转速工况下各部件振动响应对总振动响应能量贡献占比见图6。
7)在多平台多机型开发过程，还可以形成不同机型总的振动响应数据库，不同机型不同部件振动响应数据库，便于机型之间的总振动响应的对比(见图7)和部件振动响应对比分析(见图8)。
8)为提升评价效率，引入等效声功率级Lp，按下式(4)计算。
Figure BDA0004104128510000102
式中Wi＝ρ0C0SV2，其中W0取值为1.0×10-12W
ρ0为常温下空气密度，取值1.2kg/m3
C0为声波在空气中传播速度，取值344m/s
S为辐射面积
V为振动速度
根据公式(4)可以计算出不同部件的等效声功率级，进一步求解发动机总的等效声功率级结果，针对多机型可以计算对比不同发动机的等效声功率级，见图9示意。
具体实施例七：
本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：
本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
为实现上述目的，本发明还提出一种发动机表面振动响应计算评价方法的设备，如图10所示，包含存储器、处理器、存储在存储器并可在处理器运行的发动机表面振动响应分析程序、发动机等效声功率级分析程序，程序被处理器执行时，可以实现上述方案中振动响应、等效声功率级的分析对比评价。
为实现上述目的本发明还提出一种存储介质，存储介质上存储有发动机表面振动响应分析程序、发动机等效声功率级分析程序，程序被处理器执行时，可以实现上述方案中振动响应、等效声功率级的分析对比评价。
本发明利用仿真分析对发动机总的振动响应、部件振动响应进行快速评价，从而便捷快速的完成发动机部件优化、迭代分析。有利于正向开发过程的快速设计，节约设计成本，提升分析效率。
具体实施例八：
本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：
一种发动机振动响应、等效声功率级分析设备，包含存储器、处理器、存储在存储器并可在处理器运行程序，所述处理器执行所述程序时实现一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法。
具体实施例九：
本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：
所述步骤3输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线。
具体实施例十：
本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：
本发明提供一种发动机分体式动力学振动响应结果评价系统，所述系统包括：
参数获取模块，所述参数获取模块获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
分析模块，所述分析模块输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；
振动响应分析模块，所述振动响应分析模块分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线；
能占比分析模块，所述能占比分析模块分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
以上所述仅是一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法的优选实施方式，一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发动机分体式动力学振动响应结果评价方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
步骤1：获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
步骤2：输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；
步骤3：分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果；
步骤4：分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤1具体为：
步骤1.1：不同工况下仿真缸压或测试缸压数据，基于结构参数、结构形式、质量矩阵、刚度矩阵建立分体式多柔体发动机动力学模型；
步骤1.2：获取发动机三维模型，基于三维模型进行有限元建模，进行模态计算及动态压缩获取结构刚度矩阵、质量矩阵；
步骤1.3：基于缸压激励及动力学模型分析发动机主轴承激励及燃烧激励，将上述计算得到激励加载到整机有限元模型，基于模态法计算得到发动机部件表面振动速度响应；
步骤1.4：提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述方法还包括：
在多平台多机型开发过程，还可以形成不同机型总的振动响应数据库，不同机型不同部件振动响应数据库，便于机型之间的总振动响应的对比和部件振动响应对比分析。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述方法还包括：
为提升评价效率，引入等效声功率级Lp，按下式计算：
Figure FDA0004104128490000021
其中，Wi＝ρ0C0SV2，W0取值为1.0×10-12W，ρ0为常温下空气密度，取值1.2kg/m3，C0为声波在空气中传播速度，取值344m/s，S为辐射面积，V为振动速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：根据不同部件的等效声功率级，求解发动机总的等效声功率级结果，针对多机型计算对比不同发动机的等效声功率级。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤3输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-6的方法。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6的方法。
9.一种发动机振动响应、等效声功率级分析设备，其特征在于，包含存储器、处理器、存储在存储器并可在处理器运行程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6的方法。
10.一种发动机分体式动力学振动响应结果评价系统，其特征是：所述系统包括：
参数获取模块，所述参数获取模块获取发动机结构参数，提取部件表面节点振动速度响应计算各部件的表面振动速度响应；
分析模块，所述分析模块输出缸体、缸盖、前罩盖、上罩盖、油底壳等各部件振动响应结果，将振动响应结果评价进行对比分析，得到发动机各部件振动响应占比，分析各部件对发动机总的振动响应贡献；
振动响应分析模块，所述振动响应分析模块分析发动机总振动响应结果及各部件振动响应结果，输出不同转速、负荷工况振动响应结果，输出400Hz-4000Hz频段振动响应的1/3倍频程曲线；
能占比分析模块，所述能占比分析模块分析对比发动机总振动速度响应和各部件振动速度响应，计算部件表面振动响应在总表面振动响应的能量占比。
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