一种扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法技术

本发明专利技术提出了一种扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法，通过对扬声器支架工作频段内关键频率点的应力响应进行疲劳分析来预测其疲劳寿命。该方法主要包括如下步骤：1)通过频域分析得到扬声器支架在振动试验频段内的最大应力响应频率点；2)通过瞬态分析得到扬声器支架在该频率(最大应力响应频率)正弦载荷激励下的应力应变和位移幅值等瞬态响应解集；3)在瞬态响应解集基础上，通过疲劳分析得到支架振动疲劳寿命结果。得到支架振动疲劳寿命结果。得到支架振动疲劳寿命结果。

【技术实现步骤摘要】
一种扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法


[0001]本专利技术属于扬声器领域，涉及扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法。

技术介绍

[0002]扬声器支架是扬声器安装的关键部件，为扬声器与被安装件(如汽车钣金件)之间提供稳定的连接，其结构稳定性及可靠性是保证扬声器正常工作的前提。扬声器支架振动试验是检测支架结构稳定性及可靠性的常见方式之一：扬声器支架在经过扫频振动试验后，通过检查其外观的损坏程度来判断产品是否合格。由于振动试验振动试验必须要在制作出扬声器组件样品后才能进行，所以在整个产品的研发周期中需要反复制样并试验，存在的耗时长、成本高的问题。而且，振动试验只能得到最终结果，不能准确分析得到试验过程中应力、应变和位移的空间分布及它们随时间的变化情况，以及支架上任意位置的疲劳寿命情况。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是设计出一种扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法，该方法解决了传统的振动试验必需事先做出样品、研制样品耗时费力、费用贵和投资大，并且振动试验耗时长，对查找易损点作用甚微等问题。
[0004]本专利技术解决的主要问题是：
[0005]1)振动试验必须要在制作出扬声器组件样品后才能进行，研发过程中需要反复制样，存在的耗时长、成本高的问题；
[0006]2)振动试验只能得到最终结果，不能准确分析得到试验过程中应力、应变和位移的空间分布及它们随时间的变化情况，以及支架上任意位置的疲劳寿命情况。
[0007]本专利技术所提出的扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法至少包括如下步骤：
[0008]一、振动频域仿真：步骤一
[0009](1)建立有限元模型
[0010]1)添加空间维度、物理场接口和研究类型。在有限元分析软件中，设置空间维度为“三维”，选择物理场为“固体力学”，选择研究类型为“频域”。
[0011]2)建立扬声器组件仿真几何模型。建模过程如下：
[0012]A.导入扬声器组件几何模型：采用“几何”相关的操作，导入扬声器组件的三维几何模型。
[0013]B.几何清理：在“几何”操作下采用几何清理功能，清理模型中多余的点、线、面和体。
[0014]3)设置接触对。采用“组件定义”相关的操作，将发生接触的面设为“接触对”，其中扬声器支架上的接触面设置为目标边界，汽车钣金件上的接触面设置为源边界。
[0015]4)设置材料模型。在“固体力学”物理场下设置扬声器组件的材料模型为“线弹性
材料”，并为该线弹性材料添加“阻尼”功能接口，并使“阻尼”应用于扬声器组件的几何域。
[0016]5)设置边界条件和载荷。在“固体力学”物理场下分别设置接触边界、初始条件和加速度载荷，详细设置步骤如下：
[0017]A.边界条件：为“接触对”添加接触边界条件，并设置接触压力的计算方法为“罚函数”。
[0018]B.固定约束：为支架安装孔添加固定约束。
[0019]C.加速度载荷：设置扬声器组件所受加速度的大小和方向。
[0020]6)定义材料属性。有限元仿真模型的材料属性与物理场、材料模型及边界条件有关，这里需设置的材料参数包括杨氏模量、密度、泊松比、阻尼。
[0021]7)划分网格。指定网格单元类型及网格大小生成有限元网格单元。
[0022](2)求解及后处理
[0023]1)求解：采用有限元法对上述步骤所建立的有限元模型进行求解，其基于的理论方程如下：
[0024][0025]式中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为静刚度矩阵，
[0026]为节点加速度向量，为节点速度向量，{X}为节点位移向量，
[0027]{F}为激励载荷向量。采用“频域”方法求解。
[0028]2)后处理：通过后处理可得支架上最大应力值随频率的变化关系，以及应力达到最大时对应的频率点。
[0029]二、定频瞬态仿真：步骤二
[0030](1)建立有限元模型
[0031]1)添加空间维度、物理场接口和研究类型。在有限元分析软件中，设置空间维度为“三维”，选择物理场为“固体力学”，选择研究类型为“瞬态”。
[0032]2)建立扬声器组件仿真几何模型。与步骤一相同。
[0033]3)设置接触对。与步骤一设置相同。
[0034]4)设置材料模型。与步骤一设置相同。
[0035]5)设置边界条件和载荷。与步骤一设置相同。
[0036]A.边界条件：与步骤一设置相同。
[0037]B.固定约束：与步骤一设置相同。
[0038]C.加速度载荷：设置扬声器组件所受加速度的大小和方向。
[0039]6)定义材料属性。与步骤一设置相同。
[0040]7)划分网格。与步骤一设置相同。
[0041](2)求解及后处理
[0042]1)求解：采用有限元法对上述步骤所建立的有限元模型进行求解，其基于的理论方程如下：
[0043][0044]式中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，为节点加速度向量，为节点速度向量，{X}为节点位移向量。采用“瞬态”方法求解。
[0045]2)后处理：通过后处理得到扬声器支架上任意点的应力应变和位移幅值等的瞬态响应解集。
[0046]三、疲劳仿真：步骤三
[0047](1)建立有限元模型(在步骤二模型基础上)
[0048]1)添加物理场接口和研究类型。添加物理场“疲劳”，添加研究类型“疲劳”。
[0049]2)设置应力寿命。在“疲劳”物理场下设置疲劳模型为“应力寿命”，疲劳模型准则和疲劳模型参数。
[0050](2)求解及后处理
[0051]1)求解：采用有限元法对上述步骤所建立的有限元模型进行求解，其基于的理论方程如下：
[0052]σ
a
＝f
SN
(N),
[0053]式中，σ
a
为主应力幅，f
SN
(N)为S
‑
N疲劳曲线，σ
max
为最大主应力，σ
min
为最小主应力。采用“疲劳”方法求解，疲劳求解器继承“步骤二，瞬态仿真”所得的瞬态响应解集。
[0054]2)后处理：通过后处理得到扬声器支架上任意点的疲劳寿命失效循环次数。
[0055]所述扬声器组件仿真几何模型为忽略音圈、骨架、锥体后对仿真结果影响较小的部件后的简化模型。
[0056]所述模型的简化包括三维绘图软件完成简化，所述的三维绘图软件包括CREO、SolidWorks等或是采用有限元软件，如COMSOLMultiphysics的“几何”相关功能来实现。
[0057]所述的有限元分析软件为COMSOLMultiphysics，它是一款多物理场仿真分析软件，主要功能包括建立几何模型、网格划分、多物理场设置与求解、结果图像化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扬声器支架振动疲劳寿命的数值仿真分析方法，其特征在于：该数值仿真分析方法至少包括如下步骤：一、振动频域仿真：步骤一(1)建立有限元模型1)添加空间维度、物理场接口和研究类型：在有限元分析软件中，设置空间维度为“三维”，选择物理场为“固体力学”，选择研究类型为“频域”；2)建立扬声器组件仿真几何模型，建模过程如下：A.导入扬声器组件几何模型：采用“几何”相关的操作，导入扬声器组件的三维几何模型；B.几何清理：在“几何”操作下采用几何清理功能，清理模型中多余的点、线、面和体；3)设置接触对：采用“组件定义”相关的操作，将发生接触的面设为“接触对”，其中扬声器支架上的接触面设置为目标边界，汽车钣金件上的接触面设置为源边界；4)设置材料模型：在“固体力学”物理场下设置扬声器组件的材料模型为“线弹性材料”，并为该线弹性材料添加“阻尼”功能接口，并使“阻尼”应用于扬声器组件的几何域；5)设置边界条件和载荷：在“固体力学”物理场下分别设置接触边界、初始条件和加速度载荷，详细设置步骤如下：A.边界条件：为“接触对”添加接触边界条件，并设置接触压力的计算方法为“罚函数”；B.固定约束：为支架安装孔添加固定约束；C.加速度载荷：设置扬声器组件所受加速度的大小和方向；6)定义材料属性：有限元仿真模型的材料属性与物理场、材料模型及边界条件有关，这里需设置的材料参数包括杨氏模量、密度、泊松比、阻尼；7)划分网格：指定网格单元类型及网格大小生成有限元网格单元；(2)求解及后处理1)求解：采用有限元法对上述步骤所建立的有限元模型进行求解，其基于的理论方程如下：式中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为静刚度矩阵，为节点加速度向量，为节点速度向量，{X}为节点位移向量，{F}为激励载荷向量；采用“频域”方法求解；2)后处理：通过后处理可得支架上最大应力值随频率的变化关系，以及应力达到最大时对应的频率点；二、定频瞬态仿真：步骤二(1)建立有限元模型1)添加空间维度、物理场接口和研究类型；在有限元分析软件中，设置空间维度为“三维”，选择物理场为“固体力学”，选择研究类型为“瞬态”；2)建立扬声器组件仿真几何模型：与步骤一相同；3)设置接触对：与步骤一设置相同；4)设置材料模型：与步骤一设置相同；5)设置边界条件和载...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建峰，范春涛，钱凯，陆晓，陆明伟，岳磊，丁晓峰，温周斌，周建明，
申请(专利权)人：浙江中科电声研发中心，
类型：发明
国别省市：