基于CAE的機(jī)油泵振動噪聲解決方案-V2

機(jī)油泵振動噪聲解決方案白長安?；⒃晫W(xué)事業(yè)部2013.10.31交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動噪聲概論機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動噪聲解決方案總結(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)計軟件專業(yè)的計算聲學(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)隊人員結(jié)構(gòu)10人的技術(shù)團(tuán)隊專業(yè)構(gòu)成聲學(xué)-3人車輛-2人空氣動力學(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?；晫W(xué)事業(yè)部精神：一馬愿為先6咨詢服務(wù)類型國家重大科技專項和863課題承擔(dān)與合作大飛機(jī)專項、核電專項、直升機(jī)課題企業(yè)咨詢項目服務(wù)汽車：發(fā)動機(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)形式單一項目的服務(wù)→戰(zhàn)略合作伙伴的框架式服務(wù)1對1的服務(wù)→為中小型企業(yè)提供的計算云服務(wù)7聲學(xué)咨詢服務(wù)聲學(xué)服務(wù)平臺8QQ群：81289983www.China-A交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部

機(jī)油泵振動噪聲概論機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動噪聲解決方案總結(jié)9機(jī)油泵振動噪聲概論機(jī)油泵是汽車發(fā)動機(jī)上的潤滑系統(tǒng)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的振動和噪聲危害，影響車內(nèi)外人們的舒適性，同時影響機(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、空化等。機(jī)油泵產(chǎn)生振動和噪聲，最主要的是在工作過程中瞬間產(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，工程師以實驗測試和工程經(jīng)驗為主。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,周期性地激勵泵體而產(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。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)生的周期性的振動噪聲。2.寬頻帶噪聲湍流噪聲是由于機(jī)油流過油道和齒間過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)油泵振動噪聲概論現(xiàn)有解決方法以實驗測試和故障診斷為主12實驗測試和故障診斷過程根據(jù)實驗結(jié)果改進(jìn)模型交流內(nèi)容

海基聲學(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動噪聲概論機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動噪聲解決方案總結(jié)13機(jī)油泵振動噪聲現(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)校核實驗試驗件傳感器布置振動、噪聲測試反饋意見機(jī)油泵振動噪聲現(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)。對模態(tài)進(jìn)行分析時，不考慮阻尼情況（因結(jié)構(gòu)的阻尼對其模態(tài)頻率和振型影響很?。?15固有頻率和振型機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案模態(tài)校核試驗考慮到由于網(wǎng)格離散質(zhì)量及邊界約束等方面會因分析者對問題的理解而存在差異，從而導(dǎo)致求解結(jié)果有所差異，這里需要對模態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行驗證。常用的模態(tài)試驗方法是將結(jié)構(gòu)按照實際連接方式進(jìn)行安裝后，通過力錘對結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行敲擊，以激起結(jié)構(gòu)的固有頻率。這種方法簡單可靠，但很難激起所有的固有頻率，所以一般還是通過數(shù)值計算進(jìn)行模態(tài)求解，然后通過模態(tài)試驗進(jìn)行驗證和對比。16機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案模態(tài)校核試驗

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

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動噪聲概論

機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動噪聲解決方案總結(jié)20基于CAE分析的振動噪聲解決方案CAD模型CFD網(wǎng)格流體計算流體聲源CAD模型聲學(xué)網(wǎng)格聲學(xué)計算計算結(jié)果流體分析噪聲分析CAD模型模態(tài)分析模態(tài)試驗傳感器布置振動、噪聲測試反饋優(yōu)化ICFD轉(zhuǎn)換基于CAE分析的振動噪聲解決方案研究對象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，計算工況中轉(zhuǎn)速為6000RPM基于CAE分析的振動噪聲解決方案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Pumplinx通用網(wǎng)格生成工具生成，共232658個網(wǎng)格?；贑AE分析的振動噪聲解決方案CFD計算設(shè)置24基于CAE分析的振動噪聲解決方案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分析的振動噪聲解決方案CFD結(jié)果：流場中流線示意圖26基于CAE分析的振動噪聲解決方案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

計算

iCFD得到聲源的傳播

導(dǎo)出預(yù)設(shè)場點的聲場云圖和聲壓值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；對計算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在劃分網(wǎng)格時，網(wǎng)格大小滿足每聲波波長至少6個線性網(wǎng)格單元要求，即：

基于CAE分析的振動噪聲解決方案聲源項29由聲源項云圖可以得到結(jié)論：機(jī)油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，出口側(cè)聲源項壓力較大；齒輪嚙合時產(chǎn)生明顯離散噪聲，嚙何處聲源項聲壓較大；基于CAE分析的振動噪聲解決方案聲壓分布云圖30基于CAE分析的振動噪聲解決方案泵體結(jié)構(gòu)振動位移31基于CAE分析的振動噪聲解決方案場點頻譜曲線32由圖可以看出，在頻率1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz處聲壓級出現(xiàn)了峰值，由下面公式得，轉(zhuǎn)速為6000RPM時，齒輪泵的由齒輪嚙合產(chǎn)生的壓力脈動的基頻為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分析的振動噪聲解決方案33振動噪聲測試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動噪聲解決方案34振動噪聲測試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動噪聲解決方案35振動噪聲測試：模態(tài)分析基于CAE分析的振動噪聲解決方案仿真值與實驗對比曲線36考慮到實驗本身也有誤差，Actran仿真得到數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)吻合較好；2000Hz和2600Hz實驗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分析的振動噪聲解決方案聲學(xué)指向性分析37場點布置示意圖機(jī)油泵場點基于CAE分析的振動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監(jiān)測點噪聲的貢獻(xiàn)度，本文取實驗時噪聲的測量點作為監(jiān)測點計算泵體的貢獻(xiàn)度，監(jiān)測點如圖所示。38麥克風(fēng)機(jī)油泵基于CAE分析的振動噪聲解決方案39噪聲貢獻(xiàn)量分析基于CAE分析的振動噪聲解決方案40噪聲貢獻(xiàn)量分析交流內(nèi)容

?；晫W(xué)事業(yè)部機(jī)油泵振動噪聲概論機(jī)油泵振動噪聲現(xiàn)有解決方案基于CAE分析的振動噪聲解決方案總結(jié)41總結(jié)近幾年CAE分析在國內(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