基于ABAQUS研究影響空濾殼體模態的材料特性

李光武 周維

摘 要：進氣系統噪聲是汽車的主要噪聲源之一，它直接影響著車內噪聲和通過噪聲，從而影響著駕乘人員的駕乘感受和能否滿足通過噪聲的法規要求。空氣濾清器作為進氣系統的關鍵零部件之一，它不僅僅起到保護發動機的能力，還具備著降低進氣系統噪聲的能力。空濾的殼體模態直接影響著進氣系統的輻射噪聲，提高空濾的殼體模態，可以降低噪聲，也可以避免空濾殼體的損壞，而影響空濾模態的因素主要為材料的楊氏模量、泊松比和密度，而三個因素是如何影響空濾的模態就需要通過仿真分析進行驗證。文章通過Hyper mesh和ABAQUS軟件進行空濾殼體模態聯合仿真分析，驗證各個因素對其的影響。

關鍵詞：空濾;殼體模態;Hyper mesh;ABAQUS

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-176-03

Using ABAQUS to Valid How Factors of Material Affects Shell Mode of Air Filter Box

Li Guangwu， Zhou Wei

（ Brilliance Auto R&D Center， Powertrain Integrated Technology Section， Liaoning Shenyang 110000 ）

Abstract： Noise of intake system is one of the main noise souse of vehicle， it affects noise level of driving cab and bass-by noise directly， thus driving feeling and regulation of bass-by noise will be affected. As a main component of vehicle， air filter box not just protects engine， also has ability of noise elimination. Shell mode of air filter box affect radiation noise directly， so increasing shell mode of air filter box not just can reduce radiation noise also can avoid breakdown of air filter box. The factor that affect shell mode of air filter box are Youngs modulus， Poissons Ratio and density. Hyper mesh and ABAQUS will be used to simulate shell mode of air filter box and valid how these factors affect shell mode of air filter box.

Keywords： Air filter box; Shell mode; Hyper mesh; ABAQUS

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-176-03

1 前言

在進氣系統前期開發階段，流場仿真分析、聲學仿真分析和結構模態仿真分析是設計和優化的主要依據。項目開發初期，NVH工程師會根據項目需求提出空氣濾清器殼體一階模態要求，提高一階模態不僅可以降低空氣濾清器的殼體輻射噪聲，從而降低駕駛室噪聲，提升駕駛感受，也可以有效避開發動機的二階頻率，避免共振使空氣濾清器損壞[1][2]。空氣濾清器殼體一階模態只可以通過工裝模具樣件進行測試，在前期無法通過樣件進行臺架驗證的前提下，我們可以通過使用ABAQUS去計算空氣濾清器殼體一階模態[3]。

本文通過改變影響空氣濾清器殼體一階模態的材料特性去驗證各個材料參數對其的影響，從而可以在優化的過程中選擇合適的材料優化空氣濾清器殼體，以滿足NVH要求。

2 殼體材料參數

2.1 彈性模量

材料在彈性變形階段，其應力和應變成正比例關系，其比例系數稱為彈性模量，它的表示方法可以是楊氏模量和體積模量等，在空氣濾清器殼體模態仿真分析過程中，ABAQUS需要輸入的為楊氏模量。為了對比彈性模量對空氣濾清器殼體一階模態的影響，殼體材料的彈性模量分別取1500MPa，2200MPa和3000MPa。

2.2 泊松比

泊松比是指材料在單項受拉或受壓時，橫向正應變與軸向正應變的絕對值的比值，也叫橫向變形系數，它是反應材料橫向變形的彈性常數。為了對比泊松比對空氣濾清器殼體一階模態的影響，殼體材料的泊松比分別取0.2、0.38和0.45。

2.3 密度

密度是對特定體積內的質量的度量。為了對比密度對空氣濾清器殼體一階模態的影響，殼體的密度分別取0.5E-9t/ mm3、1.06E-9t/mm3和1.5E-9t/mm3。

3 建立有限元及邊界條件

3.1 有限元網格建立

使用Hyper mesh劃分空氣濾清器上、下殼體的3D網格，網格大小為2mm，上殼體網格數量為417，713個，下殼體網格數量為304，103個，如圖1。

3.2 邊界條件設置

根據空氣濾清器上、下殼體的裝配方式，制定上、下殼體的接觸，其中4點為Tie，3點為MPC連接，如圖2。

3.3 殼體材料參數建立

3.3.1 驗證彈性模量的影響

3.3.2 驗證泊松比的影響

3.3.3 驗證密度影響

4 仿真分析及結果

4.1 不同彈性模量的殼體一階模態仿真結果

圖3，圖4，圖5為泊松比和密度相同，彈性模量分別為1500MPa，2200MPa和3000MPa的殼體一階模態仿真分析結果。

仿真分析結果：

（1）彈性模量為1500MPa的空氣濾清器殼體一階模態為：189.59Hz;

（2）彈性模量為2200MPa的空氣濾清器殼體一階模態為：229.76Hz;

（3）彈性模量為3000MPa的空氣濾清器殼體一階模態為：268.45Hz。

4.2 不同泊松比的殼體一階模態仿真結果

圖6，圖7，圖8為彈性模量和密度相同，泊松比分別為0.2，0.38和0.5的殼體一階模態仿真分析結果。

仿真分析結果：

（1）泊松波為0.2的空氣濾清器殼體一階模態為：225.81Hz;

（2）泊松波為0.38的空氣濾清器殼體一階模態為：229.76Hz;

（3）泊松波為0.45的空氣濾清器殼體一階模態為：239.68Hz。

4.3 不同密度的殼體一階模態仿真結果

圖9，圖10，圖11為彈性模量和泊松比相同，密度分別為0.5E-9t/mm3、1.06E-9t/mm3和1.5E-9t/mm3的殼體一階模態仿真分析結果。

仿真分析結果：

（1）密度為0.5E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態為：335.02Hz;

（2）密度為1.06E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態為：229.76Hz;

（3）密度為1.5 E-9 t/mm3的空氣濾清器殼體一階模態為：193.05Hz。

5 結論

根據仿真分析結果可知，空氣濾清器殼體材料的彈性模量、泊松比和密度都會對空氣濾清器殼體一階模態產生影響：

（1）殼體材料的彈性模量越大，空氣濾清器殼體一階模態越大;

（2）殼體材料的泊松比越大，空氣濾清器殼體一階模態越大;

（3）殼體材料的密度越大，空氣濾清器殼體一階模態越小。

參考文獻

[1] 李偉.模態分析在輕型載荷車變形設計中的應用[J].噪聲與振動控制，2009（8）.

[2] 傅志方，華宏星.模態分析理論與應用[M].上海：上海交通大學出版社，2000.

[3] 史冬巖，莊重，高山，宋經遠.基于ABAQUS的模態分析方法對比及驗證[J].計算機輔助工程，2013.