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)級疲勞分析。將多體動力學(xué)分析和疲勞分析過程集成，在疲勞分析過程中直接使用剛?cè)狁詈戏抡娴慕Y(jié)果，自動傳遞部件的載荷和應(yīng)力譜，進行詳細的疲勞分析，此流程完全無縫集成并可以自動完成。
在Virtual.Lab Motion中輸出柔性體的模態(tài)參與因子，在Virtual.Lab Durability中自動建立LOAdFunction Set載荷集，并自動將載荷集與模態(tài)集匹配，通過Virtual.Lab Durability完成應(yīng)力恢復(fù)，計算得到應(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其進行疲勞損失預(yù)測，基于Virtual.Lab Durability中現(xiàn)有的材料庫，創(chuàng)建缸體材料屬性的SN曲線。采用臨界平面法，考慮平均應(yīng)力修正和表面處理，計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 柱塞泵振動噪聲分析
首先在Virtual.Lab Motion中計算得到柱塞泵殼體的振動響應(yīng)，然后將載荷和振動響應(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，計算殼體的噪聲輻射。
5.1多體動力學(xué)求解
柱塞泵的主要激勵源為柱塞腔內(nèi)液壓脈動力，殼體由閥體、泵體和端蓋組成，并由四個長螺栓穿連起來，由于預(yù)計力很大，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)液壓脈動力一柱塞一滑靴一斜盤一端蓋
(2)液壓脈動力一缸體一配流盤一閥體
(3)液壓脈動力一驅(qū)動軸一軸承一端蓋和閥體
將上述建好的多體動力學(xué)模型進行修改，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)計算工況，計算振動模態(tài)到5000Hz，并去掉應(yīng)力信息，進行動力學(xué)求解。
圖13 閥體、泵體及端蓋
圖14 六面體網(wǎng)格模型
動力學(xué)求解計算結(jié)束后，提取缸體柔性體的MPF值（模態(tài)參與因子），進行時域向頻域的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過傅里葉變換之后，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)計算
(1)通過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場點網(wǎng)格，并定義好網(wǎng)格屬性。
(3)將剛?cè)狁詈嫌嬎阌玫降臍堄嗍噶磕B(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)計算ATV（聲傳遞矢量）；導(dǎo)入載荷，鏈接柱塞泵多體動力學(xué)模型；提交MATV計算工況，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算
聲學(xué)計算結(jié)果分析：查看IS01的聲壓曲線，如圖17，能看出來明顯的階次：225Hz，450Hz，675Hz……，在1350Hz有一個峰值為78.27dB;查看1350Hz處場點聲壓分布為IS04節(jié)點處聲壓最大；查看IS04的聲壓曲線，如圖18，在1350Hz為79.48dB，在2699Hz處還有一個峰值為77.93dB，此處幅值較大的原因是2699Hz在階次上，同時位于殼體的第9階模態(tài)附近，如圖19。
圖17 IS01的聲壓曲線
圖18 IS04的聲壓曲線
圖19 殼體的模態(tài)計算
6 結(jié)論
本文以K3V系列的高壓軸向柱塞泵為研究對象，基于LMS公司的軟件Imagine.Lab AMESim和Virtual.Lab對其進行了1D+3D的聯(lián)合仿真，開發(fā)了該柱塞泵液壓系統(tǒng)分析的專用元件庫，開展了缸體的動態(tài)應(yīng)力和疲勞損傷研究，預(yù)測了其輻射噪聲，通過詳細的仿真分析，對柱塞泵產(chǎn)品機理及動力學(xué)特性有了更深入的認識，為后續(xù)進一步對其開展優(yōu)化設(shè)計奠定了分析基礎(chǔ)。
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本文標題：挖掘機高壓軸向柱塞泵的虛擬樣機研究(下)
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