分析燃油箱振动的最佳方法是什么?

2020年8月4日

在某些情况下,传统的建模方法和简化导致模型不能准确代表结构。一个例子是与流体接触的结构,在该结构中,结构的动态响应通过流体(例如燃油箱)的存在实质性改变。在这里,我们将比较一种传统的建模方法和用于分析燃油箱的多物理建模方法。继续阅读以找出哪种建模选项可提供更准确的结果…

建模燃油箱振动的最佳方法

当车辆打开时,发动机,悬架和变速器等不同组件会产生通过车辆结构传播的振动。这些振动会在结构成分中产生重大应力,并导致大量循环后疲劳失败。为了准确预测燃油箱的动态行为,考虑流体对结构的影响至关重要。

燃油箱振动教程模型证明了部分充满流体的燃油箱的建模和分析。在此示例中,使用两种不同的建模方法来表示和分析储罐中的流体:

  1. 一种传统的方法,其中流体质量通过水箱的湿表面分散
  2. 一种多物理学方法,该方法专门模拟流体中的声压

传统方法使用结构力学模块,虽然多物理方法同时使用结构力学模块和声学模块;两者都是附加产品乐动体育app无法登录comsolMultiphysics®软件

传统方法是一种简化的方法,它无视流体的动态特征,仅考虑其质量。另一方面,多物理学方法是储罐中流体的整个质量和流体质量中的压力波。该分析的重点是通过车辆结构传输的小振幅振动,并转化为流体压力的小扰动。在车辆加速度引起的储罐中流体的大幅度和低频运动(也称为晃动)在与结构相互作用模型的两相流量。多物理模拟使您能够可视化并确定部分填充的油箱的动态特性,例如压力,频率,阻尼因子和模式形状的差异。

使用传统方法建模的油箱网格。
使用多物理学方法时的燃油箱模型网格。

添加了代表传统建模方法中使用的流体(左)和多物理方法中使用的声域网格(右)。

模型的燃油箱由1.6毫米铝制壁制成,大约32.6升的体积 - 其中19.6升充满了液体。它可以用泡沫块和由2毫米钢板制成的3条皮带固定在周围结构上。泡沫块有助于最大程度地减少车辆中燃油箱的移动,从而防止吱吱声和嘎嘎声以及表面磨损效果。

用于研究Comsol多物理学中的燃油箱振动的模型几何形状。
燃油箱的几何形状部分填充了流体。

该模型假设水箱中的流体是柴油燃料,并且在与周围结构相关的区域中,储罐提交到垂直加速度。

燃油箱的模型几何形状突出显示了三个钢带。
燃油箱的型号几何形状突出显示了泡沫零件。

蓝色突出显示的是3条钢带(左)和使用泡沫的部分(右)。

两种建模方法的结果如何比较?

仿真结果

在传统模型和多物理模型的燃油箱表带的一个点上分析了频率响应函数或FRF(如下所示)。FRF可用于获得燃油箱对频率载荷或其他载荷的应力响应,例如通过功率频谱密度(PSD)函数指定的负载。在A中讨论了机械系统的频率响应以前的博客文章

燃油箱模型的几何形状,其测量点显示为蓝色点。
燃油箱模型的缩放视图突出显示了测量点。

燃油箱皮带上的测量点以蓝色显示。

通过分析两个模型中的FRF,可以看出两种方法具有明显不同的模态含量。通过模态分析进一步证实了这一点,该分析表明了前十种模式的频率,形状和阻尼的差异。

燃油箱模型的视图,带有带状的测量点作为注释。
当使用传统的多物理学方法时,比较了燃油箱模型中的应力FRF的图。

用两种不同的建模方法(右)测量皮带上的点位置(左)和应力FRF。

在下面的结果中,您可以在两种建模方法的两个不同频率下看到应力比较。具有额外质量的结构代表传统方法,而具有声学的结构代表了多物理学方法。

以88.9 Hz的频率,以传统方法建模的燃油箱中没有压力,但是在以多物理方法进行建模的燃油箱中,有很大的压力。但是,在传统模型中,以128.5 Hz的频率存在压力,但多物理模型中没有压力。

模拟结果比较了2种建模方法的88.9 Hz燃油箱模型中的应力。
使用传统和多物理学方法建模时,燃油箱中的压力为128.5 Hz。

两种建模方法的88.9 Hz(左)和128.5 Hz(右)的应力比较。

这两种方法在模拟和分析时显示出很大的差异,证明在预测充满液体型腔(例如燃料箱)上的压力或疲劳寿命时,准确捕获振荡声学行为的重要性。

自己尝试

通过单击下面的按钮查看燃油箱振动教程模型。


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