研究推薦 | 軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域識別

聲學(xué)工程師小吳

2023年7月13日 16:51

瀏覽：2594 收藏：1

｜研究推薦｜

本欄目旨在不拘泥于內(nèi)容的限制，以點帶面，介紹流控領(lǐng)域不同的研究方向、課題以及優(yōu)秀的作者和團隊，為廣大讀者及研究人員提供新鮮的研究思路，為作者及團隊提供展示平臺。

本期為各位讀者推薦《軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域識別》，并向各位讀者介紹該課題的研究背景、取得成果以及研究團隊。

軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域識別

Identification of Noise-reduction Region of Shell for an Axial Piston Pump

葉紹干，李旭，施嘉佳，侯亮，卜祥建

（廈門大學(xué)機電工程系，福建廈門361002）

YE Shao-gan， LI Xu， SHI Jia-jia， HOU Liang， BU Xiang-jian

（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Xiamen University， Xiamen, Fujian361002）

摘要

為了精確識別軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域，首先，搭建液壓-多體動力學(xué)耦合模型，求解結(jié)構(gòu)噪聲激振力；然后，分析零部件模態(tài)并試驗驗證，建立裝配體有限元模型，開展基于模態(tài)的振動響應(yīng)分析，通過振動實驗驗證模型準確性，搭建軸向柱塞泵聲學(xué)邊界元模型，分析其輻射噪聲特性；最后，基于聲學(xué)傳遞向量原理，開展模態(tài)及板面聲學(xué)貢獻量分析，對殼體噪聲輻射板面進行合理劃分，分析其對關(guān)鍵頻率下輻射噪聲的貢獻量。研究表明：軸向柱塞泵振聲模型具有良好的準確性；某板面在輻射噪聲突出的1350 Hz頻率下，其聲學(xué)貢獻量達到46.1%。精確識別了軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域，為其降噪優(yōu)化設(shè)計提供有效指導(dǎo)。

In order to identify the noise-reduction region of pump shell, firstly, the hydraulic-multibody dynamic coupled model is established to obtain structural noise excitation force. Then modal analysis and experimental verification of each part are performed, and assembled finite element model is established; modal-based vibration response analysis is performed, and the accuracy of the model is verified by vibration experiments; radiated noise characteristics are analyzed based on the developed acoustic model. Finally, modal-and panel-acoustic contribution analysis are performed based on the theory of acoustic transfer vector, the pump shell panel contributing to noise radiation is reasonably divided, and the panel contribution to noise at the key frequency is analyzed. The results shown that the vibro-acoustic model has good accuracy, and one panel is found to have 46.1% contribution to the protruded radiated noise at the key frequency of 1350 Hz. This study accurately identified the noise-reduction region of shell for the axial piston pump, and provided efficient guidance on design optimization for noise reduction.

關(guān)鍵詞

■ 軸向柱塞泵；振聲模型；聲學(xué)貢獻量分析；降噪?yún)^(qū)域識別

■axial piston pump, vibro-acoustic model, acoustic contribution analysis, identification of noise-reduction region

研究背景

軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊、功重比大、工作壓力等級高、變量方式多，在高端液壓裝備得到了廣泛應(yīng)用。但作為液壓系統(tǒng)的“心臟”，軸向柱塞泵振動大、噪音高，工作時產(chǎn)生的振動和噪聲加劇零部件磨損、降低使用壽命。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是改善軸向柱塞泵振動噪聲特性的有效途徑。學(xué)者對配流盤、殼體結(jié)構(gòu)等進行優(yōu)化設(shè)計，取得了良好的降噪效果。但是這種優(yōu)化設(shè)計依賴工程經(jīng)驗、針對性較差、推廣應(yīng)用難度較大。為了更有針對性的開展軸向柱塞泵的降噪優(yōu)化設(shè)計，需要對其振動和噪聲特性進行預(yù)測。本課題針對軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域識別難題，建立了液壓-多體動力學(xué)耦合模型以求解結(jié)構(gòu)噪聲激振力，建立了考慮軸向柱塞泵內(nèi)部多組件耦合關(guān)系的有限元/邊界元振聲模型，基于振聲模型開展模態(tài)和板面聲學(xué)貢獻量分析，精確識別了柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域，為柱塞泵殼體優(yōu)化設(shè)計奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖

研究成果

本課題在液壓-多體動力學(xué)/有限元/邊界元模型的軸向柱塞泵振聲模型和殼體降噪?yún)^(qū)域識別方面取得了一些進展：柱塞泵零部件模態(tài)試驗結(jié)果的誤差均小于5%；振動實驗結(jié)果與仿真結(jié)果整體吻合較好。軸向柱塞泵殼體振動輻射噪聲最大的位置場點3下，板面2在輻射噪聲突出的1350 Hz頻率時，其聲學(xué)貢獻量達到46.1%。本文提出的方法可精確識別軸向柱塞泵殼體降噪板面區(qū)域，為其降噪優(yōu)化設(shè)計提供有效指導(dǎo)。具體如下：

軸向柱塞泵振聲模型建模

建立了一種包含液壓-多體動力學(xué)耦合模型、有限元模型和邊界元模型的系統(tǒng)性振聲模型。首先，建立通過液壓-多體動力學(xué)耦合模型求解激振力；然后，對內(nèi)部組件連接關(guān)系進行合理簡化，建立軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)有限元模型，求解其振動響應(yīng)。其次，通過錘擊法模態(tài)試驗及振動實驗驗證有限元模型的準確性。最后，將軸向柱塞泵的振動傳遞至聲學(xué)邊界元模型，計算其輻射噪聲。

裝配體結(jié)構(gòu)有限元模型

振動測試試驗臺和振動速度結(jié)果對比

殼體降噪?yún)^(qū)域識別方法

基于軸向柱塞泵振聲模型得到的輻射噪聲分析結(jié)果，確定降噪優(yōu)化目標。基于聲學(xué)傳遞向量及模態(tài)聲學(xué)貢獻量的分析結(jié)果，確定板面劃分區(qū)域，然后開展輻射噪聲板面貢獻量分析，確定對關(guān)鍵頻率下輻射噪聲貢獻量突出的板面，識別柱塞泵殼體降噪優(yōu)化區(qū)域。

聲學(xué)模型和輻射噪聲聲壓級曲線

聲學(xué)傳遞向量云圖和模態(tài)聲學(xué)貢獻量

板面劃分區(qū)域和聲學(xué)貢獻量

課題總結(jié)和展望

高功率密度電液驅(qū)動是航天航空應(yīng)用領(lǐng)域高可靠驅(qū)動和傳動系統(tǒng)的優(yōu)選方案，本課題將發(fā)揮機械和航天航空學(xué)科交叉融合發(fā)展的優(yōu)勢，面向工程機械、航空飛機等大國重器對軸向柱塞泵嚴苛指標的需求，深入開展軸向柱塞泵輻射噪聲建模及降噪控制研究，為高速高壓軸向柱塞泵穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計提供技術(shù)支撐。

研究骨干介紹

葉紹干，工學(xué)博士，江蘇省雙創(chuàng)人才。師從浙江大學(xué)徐兵教授，長期從事軸向柱塞泵動力學(xué)建模及振動控制與液壓元件可靠性設(shè)計及測試研究工作。

兼任中國機械工程學(xué)會高級會員、中國機械工程學(xué)會流體傳動與控制分會委員、全國液壓與氣動標準化技術(shù)委員會觀察員、《液壓與氣動》青年編委、6項國家/行業(yè)標準制定工作組成員，擔(dān)任Mechanical Systems and Signal Processing、Journal of Sound and Vibration和Applied Acoustics等國內(nèi)外權(quán)威期刊審稿人。

主持國家自然科學(xué)基金面上項目1項、青年基金1項，參與國家重點研發(fā)計劃項目2項，發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文20余篇，其中中科院TOP期刊3篇，入選ESI高被引論文2篇（熱點1篇），入選2021年度中國科協(xié)優(yōu)秀論文獎1項、2020年度機械工程學(xué)報高影響力論文獎1項，獲評第10屆International Conference on Fluid Power and Transmission Best Paper Award 1篇。獲中國機械工業(yè)科技進步一等獎和浙江省科技進步一等獎各1項。

文章來源：液壓與氣動

登錄后免費查看全文

立即登錄