气囊隔振器机械阻抗特性的有限元分析.pdf

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1、第40卷第2期20n年04月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGVoL40No．2Apr．20llD()I：10．3963／j．iss札167卜7953．2011．02．032气囊隔振器机械阻抗特性的有限元分析张一秋。吕志强。顾太平。赵应龙(海军工程大学振动与噪声研究所，武汉430033)摘要：为解决气囊振动时囊体和空气之间的声固耦合问题，针对JYQN型气囊建立气囊隔振器机械阻抗的有限元分析方法，借助C()MS()LMultiphyS砖有限元软件进行算例分析，讨论空气波动效应及气囊隔振器相

2、关参数对其机械阻抗特性的影响，结果表明该分析方法合理可行。关键词：气囊隔振器；有限元；机械阻抗；波动效应中图分类号：U664．6文献标志码：A文章编号：167l一7953(2011)02一0115-04气囊隔振器是一种利用空气压缩的弹性恢复力实现隔振和缓冲作用的隔振元件，作为机械系统减振降噪的关键部件，其动态性能直接关系到隔振效果，而反映隔振元件本身动态性能的机械阻抗参数是进行系统隔振设计必要的原始参数[1]。国内关于隔振器阻抗特性的研究起步较晚[24]，更鲜有关于气囊隔振器阻抗特性的研究。考虑采用多物

3、理场有限元软件COMSoLMul—tiphysics建立气囊隔振器有限元模型，用声波方程描述气囊振动时内部空气的波动特性，最后得到气囊隔振器振动时内部的声压场和囊体应力场，进一步绘制气囊隔振器阻抗曲线，讨论相关参数对气囊隔振器机械阻抗的影响。1气囊隔振器阻抗计算的有限元模型1．1阻抗计算原理气囊隔振器由盖板、囊壁、内部空气(简化各种附加元件)组成，其简化结构见图1。气囊阻抗计算模型需具备下述条件。1)在小振幅条件下近似线性处理。2)把内部空气看成是粘滞性气体。3)气囊隔振器的囊壁看成是柔性壁，不考虑其弯

4、曲刚度。4)在振动过程中，囊壁剖面的母线长度为一固定值。收稿日期：20lO—04一09修回日期：2010-04—23作者简介：张一秋(1986一)，男。硕士生。研究方向：振动与噪声控制E-mail：mcholas—yiqiu@yahoo．comcn产劬!图l气囊隔振器机械阻抗计算的力学模型5)盖板在振动时近似看做不变形，并与其他附件没有共振。气囊隔振器振动时，内部气压发生变化，气囊隔振器的承载力也会随之变化，此外内部空气还会产生径向、周向和垂直方向的振动，并且会随振动频率的升高而愈加明显；因此，研究气囊

5、隔振器机械阻抗时，涉及到的振动频率比较高，需要考虑空气波动的影响。对于空气振动声场，采用下述声波方程描述其声压分布：刍争+V卜吉cV阳，]_Q㈣式中：广声压5广空气密度；r声速；r偶极子辐射源5Q一单极子辐射源。若激励为谐波且不存在声源，方程转化到频域即为Helmholtz方程：V(一吉V户)～磐一o(2)】】5第2期船海I程第40％式中一角频率。此外，阻抗计算还需考虑声闻耦合问题使用c0Ms(M。Multlphy5lcs软件对耦合场进行求解“o渭到空气声压场和囊体应力场．视盖板为刚体并考虑其平衡．这样

6、就可计算出‘t囊的外部作用力。根据动力平衡方程．气鞋隔振器在位移谐渡激励z(z己c～。)作用F相府的外界激励力F为F—F。十Fk十LF(3)式中：R不考虑空气波动时的动态承载力，F。——空气波动对上盖板的力；Fd——囊壁的正应力；F上盖板所曼的惯性力，F一^缸2二；其中：M盖板质量；Z，——位移谐波激励振幅。根据机械阻抗定义，可知气囊隔振器的输人阻抗zu和传递阻抗z，z分别为：，一上圳1一】Ⅲ磊⋯F～q，zq==}Fj地nl2有跟元计算与虑到模型的轴对称性和小振幅条件，应用cOMsoI。MuIt-phy

7、啪s集成的声固耦台模块，将囊体殴最为线弹性材料，施加轴对称约束、下盖板f耐定约束和E盖板位移激励．采Ⅲ自由网格生成器生成细化三角形网棒．为实现变量耦合．囊体边界载荷F设置为F一～☆(5)式巾限——指向外面的单位法向最(在囊肇内看)。空气边界法向加速度矾没置为nn—a(j”p)“)式中‰指向外面的单位法向最(从声场域的内部看)．与囊壁结构的法向加速度相等。边界条件设置好后，设置求解参数为频率，参数值为O～l000Hz，步长1Hz。这_过程是由c()Ms()LMultlphysI船自动调用uMFPAcK直接

8、求解器实现的。2计算结果与分析气囊阻抗计算相戈参数见表l。1)根据丧l参数计算l

9、』得气囊内部的声压1l6表l气曩日E计算相*参m参数项参数值气囊半径R／一≮女☆^／一囊体厚度f／mTn盖板质量^∥h初始气Ⅱ力m／MP“常温T声速r／(⋯“)位移谐波激勖振幅二／一i气牯滞系散Ⅳ／(k⋯耗损系数日囊体材科弹性模蕾酬MP且U】73RmfA!鼍．。一-h)1《％*#自Ⅲnm☆Ⅸ目目2I№H∞气垂■《§自压塥#声Ⅱ分布高＆场，见图2、3，图中仅给出