Page 105 - 《应用声学》2020年第3期

第 39 卷 第 3 期 宋兆哲等： 基于流固耦合的油底壳振动噪声预测分析 425

把前面建立的耦合有限元模型，导入到求解器 表 5 模态频率对比
中进行约束模态计算，为了保证强迫响应计算准确 Table 5 Modal frequency comparison
性，模态计算截止频率内的模态阶数应大于强迫响
阶次 振型 测试值/Hz 计算值/Hz 误差/%
应计算截止频率内模态阶数的两倍，本文耦合计算 1 底面局部 420 450 6.7
关注频率为3000 Hz内，对应耦合模态阶数为25阶， 2 底面局部 592 651 9.1
结构及流体模态计算阶数分别设为 50阶，满足模态 3 底面局部 748 820 8.8
截断原则。 4 底面局部 828 904 8.4
耦合模态频率的测试和计算结果对比情况如 5 侧面局部 865 956 9.5
表 5 所示；耦合模态振型的测试和计算结果对比情 6 侧面局部 1009 1110 9.1
况如图 3所示，颜色越深表示相对变形量越大 (左侧
2.3 含油量对油底壳耦合模态的影响
为测试结果，右侧为计算结果)。
由于发动机的机油含量会在一定范围内变化，
结果对比显示，耦合模态振型相互对应，模态
为考虑不同机油含量对油底壳耦合模态的影响，本
频率差值在 10% 以内，可以认为油底壳耦合模型基
文在前面建立的耦合有限元模型基础上，把机油的
本正确，可以用于后续分析。
含量分别设为无机油、1/4 和 1/2 状态进行计算，并
和满油状态进行对比，满油状态为发动机运行时的

理想状态，如表 6 所示。在发动机实际运行时，油底
壳为倾斜状态，当超过 1/2 时油液液面无法准确测
量，模态试验误差大，只进行油底壳机油含量为无机
油、1/4、1/2和满油状态的模态和辐射噪声计算。

(a) अ᭧ࡍᦊ 420 Hz (b) अ᭧ࡍᦊ 450 Hz 表 6 含油量对模态频率影响
Table 6 Influence of oil content on modal

油量
阶
无机油时 1/4 油时 1/2 机油时 满油时
频率/Hz 频率/Hz 频率/Hz 频率/Hz
1 阶 891 704 602 450
2 阶 1180 912 802 651
(c) अ᭧ࡍᦊ592 Hz (d) अ᭧ࡍᦊ 651 Hz
3 阶 1330 1065 951 820
4 阶 1538 1281 1154 904
5 阶 1575 1376 1263 956
6 阶 1685 1447 1310 1110

由表 6 对比结果可以看出，模态频率随着机油
含量的增加逐渐下降，模态阶数越高频率下降值存
(e) अ᭧ࡍᦊ 748 Hz (f) अ᭧ࡍᦊ 820 Hz
在变大趋势，可看出机油含量对高阶模态影响更大
一些，模态频率差值最大达到49%，可见机油与油底
壳之间的耦合作用对模态影响是不容忽略的 [9] 。

3 油底壳流固耦合振动噪声预测分析

3.1 试验设计
(g) अ᭧ࡍᦊ 828 Hz (h) अ᭧ࡍᦊ 904 Hz
图 3 模态振型对比 油底壳通过螺栓与发动机曲轴箱的下表面相
Fig. 3 Modal shape comparison 连接，发动机作用在曲轴箱上的激励，会通过曲轴箱