Page 104 - 《应用声学》2020年第3期

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综合式(2)和式(4)得到流固耦合方程为 [6−7] 由于油底壳属薄壁壳体类零部件，其刚度较弱，
当与刚度较大的零部件 (缸体) 螺栓连接时，可以将
       
M s 0 ¨ u C s 0 ˙ u
    +     螺栓孔处简化为节点，对其进行固定约束，其建立的
R M f ¨ p 0 C f ˙ p
耦合有限元模型和螺栓孔节点编号如图 1 所示，网
     
K s −R T u F s 格单元参数如表 2 所示，结构材料参数如表 3 所示，
+     =   . (5)
0 K f p 0 流体声学参数如表 4 所示。为了方便后续结果间对
比与说明，使用发动机坐标系(+x：沿飞轮端指向正
2 油底壳流固耦合模态分析及校对 时端，+y：排气面指向进气面；+z：沿缸筒指向发动

机上端)进行定义 [8] 。
2.1 耦合有限元建模
本文采用的油底壳为冲压钢板结构，厚度为 表 2 网格单元参数
Table 2 Mesh element parameters
1.5 mm，机油含量约占据整个油底壳。首先，用
Creo软件建立油底壳的结构和机油几何模型；其次， 零部件 单元数 单元类型 节点数
将以上几何模型导入到前处理软件中，对油底壳抽 油底壳 877150 三角形 1435363
取中面，并对其进行几何清理，采用三角形单元进 机油 48474 四面体 98316
行结构网格划分，网格单元边长平均为4 mm；再次，
对机油液面也采用三角形单元进行结构网格划分， 表 3 结构材料参数
Table 3 Structure material parameters
网格单元边长平均也为 4 mm，进而与油底壳液面
以下的结构网格组成一个封闭的空腔，基于该空腔 零部件 材料名称 密度/(t·mm −3 ) 杨氏模量/MPa 泊松比
网格生成机油的四面体单元结构网格；最后，把机油 油底壳 48474 四面体 98316 0.3
的结构网格转化为流体网格，并在流体网格自由液

面处施加声压值为零的边界条件，同时把多余的结 表 4 流体声学参数
Table 4 Fluid acoustic parameters
构面网格 (机油液面) 删除，为保证计算精度以上网
格均需转换成二级精度，至此完成耦合有限元模型 声在机油中传播
零部件 材料名称 密度/(t·mm −3 )
的建立，并保证了耦合面上结构网格与流体网格的 速度 (mm·s −1 )
节点相对应。 机油 HT250 0.886 × 10 −9 1324000

2.2 耦合模型试验校核
为验证耦合有限元模型的合理性，把发动机整
机用弹簧悬挂起来使其处于自由状态下，选用LMS
Test.Lab试验模态分析系统，采用锤激试验法，激励
xyz 三个方向进行油底壳的约束模态测试，分析带
z
x 宽为 4096 Hz，分辨率为 1 Hz，数据进行 5 次平均采
y 集。试验测试如图2所示。
(a) ᏹՌᎪಫവی

(b) ፇ౞Ꭺಫ (c) ืʹᎪಫ
图 1 耦合有限元模型 图 2 试验测试
Fig. 1 Coupled finite element model Fig. 2 Experimental test