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TVD时域和频域分析等效建模方法

2019-03-30 10:04:53·  来源:AVL先进模拟技术  
 
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当我们从TVD供应商获取TVD的动态刚度曲线后,如何才能在EXCITE中准确定义?大多数工程师的做法是直接输入并开始仿真。这对于Designer频域分析来说是合理的,但对
当我们从TVD供应商获取TVD的动态刚度曲线后,如何才能在EXCITE中准确定义?大多数工程师的做法是直接输入并开始仿真。这对于Designer频域分析来说是合理的,但对于PU时域的分析来讲,实际上是不正确的做法,从而导致仿真完成后不合理的结果,而工程师却一头雾水,漫无目的的查找原因甚至怀疑仿真的可靠性。到底什么样的数据可以用于EPU仿真呢?请看:
 
降低曲轴扭转振动最常采用的方法就是在前端安装减震器。而在进行减震器匹配时,一个反应其性能差异的重要参数就是固有频率。以橡胶减震器为例,在减震环惯量不变的情况下,其固有频率与橡胶的扭转刚度、阻尼等有极大关系。为了准确获得橡胶的刚度和阻尼特性,需要进行相关的试验测试。以刚度测试为例,采用共振法测试需将所需测试的减震器和质量为M的物体按单自由度振动系统安装在振动台,之后调节振动台的频率进行连续扫描,找出系统的共振点,测量共振时物体的振幅X0,振动台面振幅X0s,及共振频率wn。根据振动理论即可求得动刚度为 Kd=M·wn2。下图为常见的几种减震器测试得到的动态刚度阻尼特性曲线。
在使用EXCITE Designer进行曲轴扭转计算时,通过定义上述减震器的刚度阻尼特性即可进行减震器匹配及准确分析频域下曲轴转速波动、各阶次下扭振振幅等结果。
但当分析内容由概念阶段过渡到设计阶段,需通过EXCITE PU进行动力学计算时,再使用频域下测试得到的TVD刚度阻尼特性作为时域分析的输入参数就将不再适用。从运动差分方程可以看到,频域下的求解针对的是各个频率以及阶次;而时域下是对每一个时间步长的积分。
其中所用的TVD刚度就需要进行合理的转换。目前转换的两种主要方法有:
  • 本构模型:通过将橡胶等效为弹簧和阻尼单元并联的方法来构建Maxwell/Kelvia本构模型。(不做详细介绍)
  • 能量等效模型:采用在同一模型中一个发动机循环存储能量/耗散功相等的方法来定义当量刚度/阻尼。
以下将以等效刚度为例针对能量等效模型算法及设置方法进行详细介绍。
TVD在指定转速下存储的能量等于刚度与相对角位移的平方,即
其中i为阶次,Ki为测试刚度,△φi为相应阶次下的相对角位移。
之后借助能量不变,将各阶次下对应的刚度合成为一个等效刚度,即
那么当量刚度就等于:
通过以上换算,即可将频域下的刚度/阻尼转换为EXCITE PowerUnit时域多体仿真下的输入参数。