内燃机结构声辐射仿真技术研究

发布时间：2017-09-26 07:01

  本文关键词：内燃机结构声辐射仿真技术研究

  更多相关文章： 内燃机 结构声辐射 有限元法 边界元法 等效映射

【摘要】：内燃机结构声辐射噪声已成为制约内燃机技术发展的一个重要因素。若能在研发阶段就能预测内燃机声辐射程度,并对其展开声学优化,将有利于提高产品的市场竞争力。在运用有限元与边界元耦合分析理论对内燃机的振-声特性进行分析求解时,往往存在有限元网格和声学边界元网格不一一对应,不能将有限元网格表面振动数据直接赋值给声学边界元模型网格作为声学边界条件,需要定义两种网格之间的等效映射关系,实现将结构有限元分析数据等效映射到声学网格上来,然后声学求解。因此,研究声辐射预测中的FEM/BEM等效映射插值规律,对内燃机的振-声特性求解是十分重要的。考虑到内燃机结构的复杂性,本文将采用递阶分析层次法。首先从内燃机表面常见的板式结构着手,进行板式结构声辐射预测中FEM/BEM等效映射插值规律研究,然后再将相关研究成果拓展应用于内燃机整机结构。主要完成了以下研究工作:(1)以板式结构为例,在Abaqus中建立有限元网格模型,并对其进行模态分析;通过对其施加简谐激励,基于模态振型叠加法进行了结构动响应分析,得到了结构表面振动响应数据及模态参与因子。(2)在LMS.Virtual Lab-Acoustic中通过直接提取结构有限元表面网格作为声学边界元网格,并导入板式结构表面动响应结果集,计算得出辐射声功率级、声压级等主要声学结果,并以此作为标准,为后文存在等效映射数据转移提供参考。(3)通过“粗化”处理得到声学边界元网格,建立了FEM/BEM的等效映射插值模型,基于反距离加权平均法原理,深入研究插值计算中所包含的邻近节点的数目、所搜索结构节点的最大距离等对声学预测精度的影响规律,以保证满足声学分析精度要求。(4)针对内燃机结构复杂、工作转速范围广、工况多变的特点,采用FEM/BEM联合求解,运用ATV技术,基于板式结构的FEM/BEM等效映射插值规律,进行结构声辐射问题快速求解,得到内燃机在特定工况下的声学物理量。
【关键词】：内燃机 结构声辐射 有限元法 边界元法 等效映射
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 论文研究的背景和意义10-11
• 1.2 内燃机结构声辐射预测的国内外研究现状及发展11-15
• 1.2.1 结构声辐射预测方法的研究概述11-12
• 1.2.2 内燃机结构声辐射预测技术研究现状12-14
• 1.2.3 内燃机结构声辐射预测技术研究现状分析14-15
• 1.3 技术路线和实施方案15-16
• 1.4 本文的主要工作内容16-18
• 2 声辐射基本理论及求解方法18-30
• 2.1 声学波动方程18-21
• 2.1.1 声波运动方程18-20
• 2.1.2 声波连续性方程20
• 2.1.3 声波物态方程20-21
• 2.1.4 声波波动方程21
• 2.2 声学物理量21-23
• 2.2.1 声功率和声强21-22
• 2.2.2 声级22-23
• 2.3 结构振动声辐射问题的理论模型23-27
• 2.3.1 在时域内的结构声辐射模型23-25
• 2.3.2 在频域内的结构声辐射模型25-27
• 2.4 声学边界元理论求解结构声辐射27-29
• 2.4.1 结构声辐射问题数值解法的选择27
• 2.4.2 BEM方法的求解过程27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 基于FEM/BEM的板式结构声辐射预测计算30-49
• 3.1 基于模态的结构动态特性分析理论30-34
• 3.1.1 结构动力学分析的有限元法30-31
• 3.1.2 结构振动模态及动响应分析理论31-34
• 3.2 声学边界元模型的建立34-35
• 3.3 结构FEM振动响应向声学BEM模型的等效插值映射35-37
• 3.4 基于FEM/BEM等效映射的平板结构声辐射预测分析37-44
• 3.4.1 平板结构的有限元分析求解38-41
• 3.4.2 平板结构的声学响应求解41-44
• 3.5 板式形状对板式结构声辐射特性的影响44-48
• 3.5.1 不同板式结构的模态分析45-46
• 3.5.2 不同板式结构的声辐射特性分析46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 4 板式结构等效映射算法研究及应用49-63
• 4.1 等效映射算法原理49-51
• 4.2 临近节点数目对等效映射插值精度的影响分析51-56
• 4.2.1 临近节点数目对普通平板结构插值精度的影响分析51-54
• 4.2.2 临近节点数目对不同板式结构插值精度的影响分析54-56
• 4.3 搜索结构节点的距离对等效映射插值精度的影响分析56-60
• 4.3.1 搜索结构节点距离对平板结构等效映射插值精度影响分析56-58
• 4.3.2 搜索结构距离对不同板式结构等效映射插值精度影响58-60
• 4.4 距离的幂对等效映射插值精度的影响分析60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 等效映射插值算法在内燃机结构辐射噪声预测分析中的应用63-74
• 5.1 基于ATV概念的FEM/BEM耦合求解技术63-66
• 5.1.1 ATV的概念63-64
• 5.1.2 应用ATV技术进行结构声辐射求解64-65
• 5.1.3 应用ATV技术求解内燃机整机结构声辐射65-66
• 5.2 内燃机整机结构的动态响应分析66-68
• 5.3 内燃机整机声学边界元模型及外场域点模型的建立68-69
• 5.3.1 内燃机整机边界元网格模型的建立68-69
• 5.3.2 外场域点网格模型建立69
• 5.4 基于ATV的内燃机结构声辐射预测69-72
• 5.4.1 ATV计算70
• 5.4.2 基于FEM/BEM等效映射算法的内燃机结构声辐射计算70-72
• 5.5 本章小结72-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果81-82
• 致谢82-83

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本文编号：922086