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案例分析VTT芬兰技术研究中心.PDF

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MSC Software | 案例分析 案例分析: VTT 芬兰技术研究中心 概括 在芬兰城市瓦萨一个居住区的居民们对附近的噪声干扰提 出了投诉。居民区的噪声来自于附近的一个瓦锡兰船用四 冲程中速发动机的陆上测试工厂。为了满足发动机行业竞 争激烈的市场需求,这个工厂生产的瓦锡兰32 型发动机 具备较高的输出功率,采用较低的油耗,装配精简的元器 件,同时配备集成电脑控制系统。瓦锡兰工厂年产500 台 发动机,每台都要经受运转测试。初步调查结果表明,这 让人难以忍受的噪声来源于一台W6L32E 发动机1000 小时 耐久测试的排气设备。此发动机在满载的条件下以750RPM 的速度运行。 凭借Actran 仿真,工程师可以完全理解排 气管道系统中的噪声问题,并得到简单有 效的解决方法。 “Actran 可以让我们轻松的修改设计,进行迭代分析,找到某种改型对结果的影响... 当原始模型对分析噪声问题帮 助不大的时候,我们将模型拓展,把管路考虑其中,便快速的找到了问题的根源” Erin Komi,芬兰技术研究中心VTT 研究员 挑战 在发动机夜间测试时进行了一次环境噪声的调查,在位于测试厂房及附近居住区之间的三个测点位置进行了噪声测量。噪声级测量 结果显示噪声尖值在100Hz 三分之一倍频程中的94Hz 附近产生。此频率对应于发动机曲轴转动频率的7.5 阶频率。正常情况下,W6L32E 型发动机的噪声尖值会出现在其曲轴转动频率的3 阶和4.5 阶上。而此次测量到的噪声远不满足夜间环境噪声的限制标准。初步猜测认 为噪声主要来自于半阶数的模块化部件产生的低频噪声。通过进一步实验希望找到在100Hz 三分之一倍频程中产生噪声的确切原因。于 是安排了新的实验在厂房屋顶进行,用于近距离测量发动机排气系统附近的噪声。此次测试在第一级消声器(图1)附近测得了较高的 噪声。此消声器为双阔张室式抗性消声器。新的噪声测试在距离消声器表面1 米的数个位置进行。当发动机的负载由100%降到75%的时 候,发现100Hz 三分之一倍频程的尖值噪声下降了10dB,全频段总体噪声则下降了8dB。接下来改变发动机的运行速度及载荷,希望找 到整个排气系统的共振特性。发现当发动机在100%满载情况下,噪声尖点出现在94Hz,而当发动机在75%至80%的载荷运转时,噪声尖 值则出现在90Hz。 问题解决及验证 芬兰技术研究中心研究员Erin Komi 表示:“我们的客户瓦锡兰要求我们使用Actran 软件对这个问题进行分析,这是因为客户希望 验证Actran 对于求解振动噪声问题的有效性”。Erin Komi 对此问题进行了Actran 的建模仿真工作。她首先建立了一个Actran 振动噪 声模型(图2),包括消声器内部空气和外部空气,以及声学无限单元设置用来计算噪声辐射。整个模型包括2 万3 千4 百个网格节点。 在消声器入口处分别施加单位速度或者真实声压激励,在出口处设置声学无反射边界条件用以模拟无限出口管道。在模型中试验厂房的 屋顶位置添加零声学导纳条件,用于模拟固壁边界条件。在消声器模型内部及外部分别布置了场点,其结果用于和实验测试进行比对。 初步仿真结果显示,第一个阔张室在75Hz 出现了延消声器长度方向的声学驻波模态。另外,在106Hz,两个阔张室中均出现了切面 方向的驻波模态。仿真预测的这两个混响现象和理论值十分贴近,但是却无法解释在94Hz 出现的噪音(图3)。然而这时工程人员却注 意到了接通消声器进气口的一段弯曲管道。这段管道的长度有可能使其在94Hz 产生第一阶轴向声学模态。Actran 有限元模型随之被扩 展,包括这段4.2m 长的垂直管道以及接通进气口的弯管(图4)。再次仿真的结果中75Hz 以及107Hz 的噪声尖点依然十分明显,然而 94Hz 的尖点结果同样清晰可见(图4)。94Hz 的结果并

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