4 柱塞泵缸體的疲勞分析
部件的疲勞壽命分析需要該部件在工作過(guò)程中的載荷歷程,基于Virtual.Lab Motion和Virtual.Lab Durability可完成部件的系統(tǒng)級(jí)疲勞分析。將多體動(dòng)力學(xué)分析和疲勞分析過(guò)程集成,在疲勞分析過(guò)程中直接使用剛?cè)狁詈戏抡娴慕Y(jié)果,自動(dòng)傳遞部件的載荷和應(yīng)力譜,進(jìn)行詳細(xì)的疲勞分析,此流程完全無(wú)縫集成并可以自動(dòng)完成。
在Virtual.Lab Motion中輸出柔性體的模態(tài)參與因子,在Virtual.Lab Durability中自動(dòng)建立LOAdFunction Set載荷集,并自動(dòng)將載荷集與模態(tài)集匹配,通過(guò)Virtual.Lab Durability完成應(yīng)力恢復(fù),計(jì)算得到應(yīng)力譜。根據(jù)缸體的結(jié)構(gòu)形式和載荷情況,采用高周疲勞分析方法對(duì)其進(jìn)行疲勞損失預(yù)測(cè),基于Virtual.Lab Durability中現(xiàn)有的材料庫(kù),創(chuàng)建缸體材料屬性的SN曲線(xiàn)。采用臨界平面法,考慮平均應(yīng)力修正和表面處理,計(jì)算缸體的疲勞損失多分布在缸孔至腰形槽的結(jié)構(gòu)突變處,如圖12所示。
圖12 缸體的疲勞損傷結(jié)果
5 柱塞泵振動(dòng)噪聲分析
首先在Virtual.Lab Motion中計(jì)算得到柱塞泵殼體的振動(dòng)響應(yīng),然后將載荷和振動(dòng)響應(yīng)以模態(tài)參與因子的形式導(dǎo)入到Virtual.Lab Acoustic中,結(jié)合殼體的MATV,計(jì)算殼體的噪聲輻射。
5.1多體動(dòng)力學(xué)求解
柱塞泵的主要激勵(lì)源為柱塞腔內(nèi)液壓脈動(dòng)力,殼體由閥體、泵體和端蓋組成,并由四個(gè)長(zhǎng)螺栓穿連起來(lái),由于預(yù)計(jì)力很大,這三部分緊密貼合,接觸剛度很大,在此將三者考慮為一體,如圖13。
載荷傳遞到殼體的路徑主要有三條:
(1)液壓脈動(dòng)力一柱塞一滑靴一斜盤(pán)一端蓋
(2)液壓脈動(dòng)力一缸體一配流盤(pán)一閥體
(3)液壓脈動(dòng)力一驅(qū)動(dòng)軸一軸承一端蓋和閥體
將上述建好的多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行修改,并導(dǎo)入殼體的柔性體模型(如圖14),除閥體與大地固連處采用RBE2單元連接,其余地方均采用RBE3連接。創(chuàng)建殘余矢量模態(tài)計(jì)算工況,計(jì)算振動(dòng)模態(tài)到5000Hz,并去掉應(yīng)力信息,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解。
圖13 閥體、泵體及端蓋
圖14 六面體網(wǎng)格模型
動(dòng)力學(xué)求解計(jì)算結(jié)束后,提取缸體柔性體的MPF值(模態(tài)參與因子),進(jìn)行時(shí)域向頻域的轉(zhuǎn)換,經(jīng)過(guò)傅里葉變換之后,查看第一階到第十階模態(tài)參與因子的頻譜,能明顯的看到階次,如225Hz、450Hz等,如圖15所示。
圖15 缸體模態(tài)參與因子的頻譜圖
5.2聲學(xué)計(jì)算
(1)通過(guò)Virtual.Lab的Mesh Coarsening功能,從殼體的有限元模型建立聲學(xué)邊界元模型。用面網(wǎng)格將殼體表面的通孔封住,創(chuàng)建Skin Mesher及Wrapper Mesher,獲得聲學(xué)邊界元分析所需要的網(wǎng)格模型。
(2)基于Virtual.Lab聲學(xué)模塊中的Acoustic Harmonic BEM環(huán)境,插入Symmetry Plane及ISO場(chǎng)點(diǎn)網(wǎng)格,并定義好網(wǎng)格屬性。
(3)將剛?cè)狁詈嫌?jì)算用到的殘余矢量模態(tài)信息讀入,并去掉剛體模態(tài),設(shè)置模態(tài)阻尼為1%;插入映射關(guān)系計(jì)算工況,創(chuàng)建有限元結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和聲學(xué)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間的映射關(guān)系;提交Data Transfer Analysis Case,將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的模態(tài)映射到聲學(xué)網(wǎng)格上。
(4)計(jì)算ATV(聲傳遞矢量);導(dǎo)入載荷,鏈接柱塞泵多體動(dòng)力學(xué)模型;提交MATV計(jì)算工況,得到殼體的噪聲輻射,如圖16所示。
圖16 殼體噪聲輻射求解計(jì)算
聲學(xué)計(jì)算結(jié)果分析:查看IS01的聲壓曲線(xiàn),如圖17,能看出來(lái)明顯的階次:225Hz,450Hz,675Hz……,在1350Hz有一個(gè)峰值為78.27dB;查看1350Hz處場(chǎng)點(diǎn)聲壓分布為IS04節(jié)點(diǎn)處聲壓最大;查看IS04的聲壓曲線(xiàn),如圖18,在1350Hz為79.48dB,在2699Hz處還有一個(gè)峰值為77.93dB,此處幅值較大的原因是2699Hz在階次上,同時(shí)位于殼體的第9階模態(tài)附近,如圖19。
圖17 IS01的聲壓曲線(xiàn)
圖18 IS04的聲壓曲線(xiàn)
圖19 殼體的模態(tài)計(jì)算
6 結(jié)論
本文以K3V系列的高壓軸向柱塞泵為研究對(duì)象,基于LMS公司的軟件Imagine.Lab AMESim和Virtual.Lab對(duì)其進(jìn)行了1D+3D的聯(lián)合仿真,開(kāi)發(fā)了該柱塞泵液壓系統(tǒng)分析的專(zhuān)用元件庫(kù),開(kāi)展了缸體的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和疲勞損傷研究,預(yù)測(cè)了其輻射噪聲,通過(guò)詳細(xì)的仿真分析,對(duì)柱塞泵產(chǎn)品機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性有了更深入的認(rèn)識(shí),為后續(xù)進(jìn)一步對(duì)其開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了分析基礎(chǔ)。
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本文標(biāo)題:挖掘機(jī)高壓軸向柱塞泵的虛擬樣機(jī)研究(下)
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