基于ABAQUS研究影響空濾殼體模態(tài)的材料特性

李光武 周維

摘 要：進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲是汽車的主要噪聲源之一，它直接影響著車內(nèi)噪聲和通過噪聲，從而影響著駕乘人員的駕乘感受和能否滿足通過噪聲的法規(guī)要求?？諝鉃V清器作為進(jìn)氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一，它不僅僅起到保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力，還具備著降低進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的能力?？諡V的殼體模態(tài)直接影響著進(jìn)氣系統(tǒng)的輻射噪聲，提高空濾的殼體模態(tài)，可以降低噪聲，也可以避免空濾殼體的損壞，而影響空濾模態(tài)的因素主要為材料的楊氏模量、泊松比和密度，而三個(gè)因素是如何影響空濾的模態(tài)就需要通過仿真分析進(jìn)行驗(yàn)證。文章通過Hyper mesh和ABAQUS軟件進(jìn)行空濾殼體模態(tài)聯(lián)合仿真分析，驗(yàn)證各個(gè)因素對(duì)其的影響。

關(guān)鍵詞：空濾;殼體模態(tài);Hyper mesh;ABAQUS

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-176-03

Using ABAQUS to Valid How Factors of Material Affects Shell Mode of Air Filter Box

Li Guangwu， Zhou Wei

（ Brilliance Auto R&D Center， Powertrain Integrated Technology Section， Liaoning Shenyang 110000 ）

Abstract： Noise of intake system is one of the main noise souse of vehicle， it affects noise level of driving cab and bass-by noise directly， thus driving feeling and regulation of bass-by noise will be affected. As a main component of vehicle， air filter box not just protects engine， also has ability of noise elimination. Shell mode of air filter box affect radiation noise directly， so increasing shell mode of air filter box not just can reduce radiation noise also can avoid breakdown of air filter box. The factor that affect shell mode of air filter box are Youngs modulus， Poissons Ratio and density. Hyper mesh and ABAQUS will be used to simulate shell mode of air filter box and valid how these factors affect shell mode of air filter box.

Keywords： Air filter box; Shell mode; Hyper mesh; ABAQUS

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-176-03

1 前言

在進(jìn)氣系統(tǒng)前期開發(fā)階段，流場(chǎng)仿真分析、聲學(xué)仿真分析和結(jié)構(gòu)模態(tài)仿真分析是設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要依據(jù)。項(xiàng)目開發(fā)初期，NVH工程師會(huì)根據(jù)項(xiàng)目需求提出空氣濾清器殼體一階模態(tài)要求，提高一階模態(tài)不僅可以降低空氣濾清器的殼體輻射噪聲，從而降低駕駛室噪聲，提升駕駛感受，也可以有效避開發(fā)動(dòng)機(jī)的二階頻率，避免共振使空氣濾清器損壞[1][2]?？諝鉃V清器殼體一階模態(tài)只可以通過工裝模具樣件進(jìn)行測(cè)試，在前期無(wú)法通過樣件進(jìn)行臺(tái)架驗(yàn)證的前提下，我們可以通過使用ABAQUS去計(jì)算空氣濾清器殼體一階模態(tài)[3]。

本文通過改變影響空氣濾清器殼體一階模態(tài)的材料特性去驗(yàn)證各個(gè)材料參數(shù)對(duì)其的影響，從而可以在優(yōu)化的過程中選擇合適的材料優(yōu)化空氣濾清器殼體，以滿足NVH要求。

2 殼體材料參數(shù)

2.1 彈性模量

材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系，其比例系數(shù)稱為彈性模量，它的表示方法可以是楊氏模量和體積模量等，在空氣濾清器殼體模態(tài)仿真分析過程中，ABAQUS需要輸入的為楊氏模量。為了對(duì)比彈性模量對(duì)空氣濾清器殼體一階模態(tài)的影響，殼體材料的彈性模量分別取1500MPa，2200MPa和3000MPa。

2.2 泊松比

泊松比是指材料在單項(xiàng)受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對(duì)值的比值，也叫橫向變形系數(shù)，它是反應(yīng)材料橫向變形的彈性常數(shù)。為了對(duì)比泊松比對(duì)空氣濾清器殼體一階模態(tài)的影響，殼體材料的泊松比分別取0.2、0.38和0.45。

2.3 密度

密度是對(duì)特定體積內(nèi)的質(zhì)量的度量。為了對(duì)比密度對(duì)空氣濾清器殼體一階模態(tài)的影響，殼體的密度分別取0.5E-9t/ mm3、1.06E-9t/mm3和1.5E-9t/mm3。

3 建立有限元及邊界條件

3.1 有限元網(wǎng)格建立

使用Hyper mesh劃分空氣濾清器上、下殼體的3D網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為2mm，上殼體網(wǎng)格數(shù)量為417，713個(gè)，下殼體網(wǎng)格數(shù)量為304，103個(gè)，如圖1。

3.2 邊界條件設(shè)置

根據(jù)空氣濾清器上、下殼體的裝配方式，制定上、下殼體的接觸，其中4點(diǎn)為Tie，3點(diǎn)為MPC連接，如圖2。

3.3 殼體材料參數(shù)建立

3.3.1 驗(yàn)證彈性模量的影響

3.3.2 驗(yàn)證泊松比的影響

3.3.3 驗(yàn)證密度影響

4 仿真分析及結(jié)果

4.1 不同彈性模量的殼體一階模態(tài)仿真結(jié)果

圖3，圖4，圖5為泊松比和密度相同，彈性模量分別為1500MPa，2200MPa和3000MPa的殼體一階模態(tài)仿真分析結(jié)果。

仿真分析結(jié)果：

（1）彈性模量為1500MPa的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：189.59Hz;

（2）彈性模量為2200MPa的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：229.76Hz;

（3）彈性模量為3000MPa的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：268.45Hz。

4.2 不同泊松比的殼體一階模態(tài)仿真結(jié)果

圖6，圖7，圖8為彈性模量和密度相同，泊松比分別為0.2，0.38和0.5的殼體一階模態(tài)仿真分析結(jié)果。

仿真分析結(jié)果：

（1）泊松波為0.2的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：225.81Hz;

（2）泊松波為0.38的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：229.76Hz;

（3）泊松波為0.45的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：239.68Hz。

4.3 不同密度的殼體一階模態(tài)仿真結(jié)果

圖9，圖10，圖11為彈性模量和泊松比相同，密度分別為0.5E-9t/mm3、1.06E-9t/mm3和1.5E-9t/mm3的殼體一階模態(tài)仿真分析結(jié)果。

仿真分析結(jié)果：

（1）密度為0.5E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：335.02Hz;

（2）密度為1.06E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：229.76Hz;

（3）密度為1.5 E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態(tài)為：193.05Hz。

5 結(jié)論

根據(jù)仿真分析結(jié)果可知，空氣濾清器殼體材料的彈性模量、泊松比和密度都會(huì)對(duì)空氣濾清器殼體一階模態(tài)產(chǎn)生影響：

（1）殼體材料的彈性模量越大，空氣濾清器殼體一階模態(tài)越大;

（2）殼體材料的泊松比越大，空氣濾清器殼體一階模態(tài)越大;

（3）殼體材料的密度越大，空氣濾清器殼體一階模態(tài)越小。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉.模態(tài)分析在輕型載荷車變形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].噪聲與振動(dòng)控制，2009（8）.

[2] 傅志方，華宏星.模態(tài)分析理論與應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.

[3] 史冬巖，莊重，高山，宋經(jīng)遠(yuǎn).基于ABAQUS的模態(tài)分析方法對(duì)比及驗(yàn)證[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2013.