機內部氣動壓力載荷
作者:石家莊風機 日期:2015-9-13 瀏覽:1266
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研究對象為燃料電池車用旋渦石家莊風機廠,殼體動力響應計算使用四面體solid45單元對殼體進行網格劃分,殼體材料為鋁合金ACDl2,其彈性模量為63GPa,泊松比為0.28,密度為2 880 kg/m3。考慮到流場計算脈動壓力在5 000 Hz以內,采用直接頻率響應法計算殼體的動力響應。2.4節數值模擬流場計算結果中包含所有計算網格點處流場參數和隨時間變化情況,從流場計算結果中可以得到所有網格節點隨時間變化的脈動壓力值,將流場計算得到的所有殼體表面節點所受的力進行傅里葉變換。不同頻率下的氣動載荷幅值各不相同,不能以固定的載荷形式加載來進行響應分析,因此進行有限元仿真模擬時采取簡化處理。從圖6可知10倍頻處的氣動載荷較大,引起殼體振動效果比較明顯。
作為石家莊風機廠在內流場作用下動力響應的初步探索,將石家莊風機廠內部流道表面壓力分為5等份,分別將各測點10倍頻氣動壓力載荷簡化為均勻的面載荷施加到殼體表面。約束條件為殼體進出口與底座固定處施加X,Y,z 3個方向零位移約束,氣體壓力和模型加載如表2和圖7所示。將試驗測量得到的殼體振動響應和計算所得的加速度幅值一頻率圖進行對比,如圖8,9所示。在3點和4點處,試驗測得的石家莊風機10倍頻、42倍頻處石家莊風機廠振動加速度幅值明顯比其他頻率振動幅值大。在殼體模態分析中,殼體第1階固有頻率接近石家莊風機氣動載荷激勵頻率,兩者發生共振使殼體向外輻射噪聲。于是,當石家莊風機轉速達到2 600 r/min以上時,石家莊風機廠所受氣動載荷激振頻率與石家莊風機廠某一階固有頻率接近,發生一定程度共振,使得石家莊風機廠殼體振動被放大,向外輻射噪聲。
表3給出了有限元模擬的石家莊風機廠在內流場作用下的石家莊風機廠振動幅值和試驗測得的結果比較,在測點4處,石家莊風機20倍頻附近處仿真與試驗結果有較大的偏差,可能因為加速度傳感器位置剛好在石家莊風機廠殼體上下端蓋連接附近,而有限元沒有考慮連接剛度的影響,從而導致有限元模擬和試驗結果有偏差。整體上有限元仿真的結果和試驗測得的數據能夠較好的吻合,說明筆者較為準確地模擬了石家莊風機廠殼體在脈動壓力下的動力響應。筆者初步研究了石家莊風機廠在內部流場作用下動力響應,模擬了石家莊風機廠三維非定常流場,在驗證有限元模型準確性基礎上將石家莊風機廠的氣動載荷加載到殼體上,計算了殼體在非定常氣動載荷作用下的動力響應,并進行了石家莊風機廠振動噪聲測量試驗,將測量結果同數值計算結果進行對比分析。結果表明,筆者較為準確地模擬了石家莊風機廠在內部流場作用下的動力響應,為進一步進行石家莊風機廠振動聲輻射機理和控制噪聲研究打下良好的基礎。
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