基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法技術

本發明專利技術公開了一種基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法，通過計算揚聲器支架在不同激勵頻率載荷作用下形成的累積損傷來判斷預測其疲勞壽命。該方法主要包括如下步驟：1)通過頻域分析得到揚聲器支架在加速度載荷作用下的頻域響應；2)通過疲勞累積損傷分析得到揚聲器支架在諧波振動激勵下的疲勞累積損傷結果。3)根據求得的損傷值判斷支架是否存在疲勞破壞。在疲勞破壞。在疲勞破壞。

【技術實現步驟摘要】
基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法


[0001]本專利技術屬于揚聲器領域，涉及揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法。

技術介紹

[0002]揚聲器支架是揚聲器安裝的關鍵部件，為揚聲器與被安裝件(如汽車鈑金件)之間提供穩定的連接，其結構穩定性及可靠性是保證揚聲器正常工作的前提。揚聲器支架振動試驗是檢測支架結構穩定性及可靠性的常見方式之一：揚聲器支架在經過振動試驗后，通過檢查其外觀的損壞程度來判斷產品是否合格。由于振動試驗只能在制作出樣品后進行，所以在整個產品的研發周期中需要反復制樣并試驗，費時費力。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的是設計出一種基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法。本專利技術通過建立揚聲器組件的有限元仿真分析模型，可計算得到揚聲器支架在不同激勵頻率載荷作用下形成的損傷和累積后的總損傷，并判斷預測其疲勞損傷，進而判斷該支架的結構強度是否滿足需求。
[0004]本專利技術解決的主要問題是：
[0005]1)振動試驗必須要在制作出揚聲器組件樣品后才能進行，研發過程中需要反復制樣，存在的耗時長、成本高的問題；
[0006]2)振動試驗只能得到最終結果，不能準確分析得到支架上任意位置的疲勞損傷情況。
[0007]本專利技術所提出的基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法的至少包括如下步驟：
[0008]一、靜力學仿真：步驟一
[0009](1)建立有限元模型
[0010]1)添加空間維度、物理場接口和研究類型。在有限元分析軟件中，，設置空間維度為“三維”，選擇物理場為“固體力學”，選擇研究類型為“頻域”。
[0011]2)建立揚聲器組件仿真幾何模型。建模過程如下：
[0012]A.導入揚聲器組件幾何模型：采用“幾何”相關的操作，導入揚聲器組件的三維幾何模型。
[0013]B.幾何清理：在“幾何”操作下采用幾何清理功能，清理模型中多余的點、線、面和體。
[0014]3)設置材料模型。在“固體力學”物理場下設置揚聲器組件的材料模型為“線彈性材料”，并為該線彈性材料添加“阻尼”功能接口，并使“阻尼”應用于揚聲器組件的幾何域。
[0015]4)設置邊界條件和載荷。在“固體力學”物理場下分別設置接觸邊界、初始條件和加速度載荷，詳細設置步驟如下：
[0016]A.固定約束：為支架安裝孔添加固定約束。
[0017]B.加速度載荷：設置揚聲器組件所受加速度的大小和方向。
[0018]5)定義材料屬性。有限元仿真模型的材料屬性與物理場、材料模型及邊界條件有關，這里需設置的材料參數包括楊氏模量、密度、泊松比、阻尼。
[0019]6)劃分網格。指定網格單元類型及網格大小生成有限元網格單元。
[0020](2)求解及后處理
[0021]1)求解：采用有限元法對上述步驟所建立的有限元模型進行求解，其基于的理論方程如下：
[0022][0023]式中，[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為靜剛度矩陣，為節點加速度向量，為節點速度向量，{X}為節點位移向量，{F}為激勵載荷向量。采用“頻域”方法求解。
[0024]2)后處理：通過后處理可得支架上某一點應力值隨頻率的變化關系，以及應力達到最大時對應的頻率點。
[0025]二、疲勞仿真：步驟二
[0026](1)建立有限元模型(在步驟一模型基礎上)
[0027]1)添加物理場接口和研究類型。添加物理場“疲勞”，添加研究類型“頻域”。
[0028]2)設置諧波振動。在“疲勞”物理場下設置疲勞模型為“諧波振動”，載荷歷程定義和疲勞評估參數。
[0029](2)求解及后處理
[0030]1)求解：采用有限元法對上述步驟所建立的有限元模型進行求解，其基于的理論方程如下：
[0031][0032][0033]式中，σ
a
為主應力幅，f
SN
(N)為S
?
N疲勞曲線，σ
ij
為應力張量，n
i
為某一激勵頻率下的循環數，N
i
為總循環數，q為激勵頻率數，f
us
為疲勞使用因子(累積總損傷值)。
[0034]采用“疲勞”方法求解，疲勞求解器繼承“步驟二，頻域”所得的解。
[0035]2)后處理。通過后處理可得到支架振動疲勞使用因子分布圖。
[0036]所述揚聲器組件幾何模型為忽略音圈、骨架、錐體等對仿真結果影響較小的部件后的簡化模型。所述的簡化模型的簡化方法包括三維繪圖軟件完成簡化，所述的三維繪圖軟件包括CREO、SolidWorks等；或是采用有限元軟件，如如COMSOLMultiphysics的“幾何”相關功能來實現簡化。
[0037]所述的有限元分析軟件為COMSOL Multiphysics，它是一款多物理場仿真分析軟件，主要功能包括建立幾何模型、網格劃分、多物理場設置與求解、結果圖像化顯示。
[0038]所述諧波振動可以為線性頻率掃描或者對數頻率掃描。
[0039]本專利技術的優點是：本專利技術克服了傳統振動試驗法對樣品的依賴，耗時長，成本高的缺點，降低對研發硬件的要求，提高設計效率，節約研發成本。本專利技術的方法可以仿真揚聲器支架的可靠性振動試驗，預測支架振動疲勞損傷。先通過頻域分析得到揚聲器支架在加
速度載荷作用下的頻域響應；再通過疲勞累積損傷分析得到揚聲器支架在諧波振動激勵下的疲勞累積損傷結果；最后根據求得的損傷值判斷支架是否存在疲勞破壞。
附圖說明
[0040]圖1為本專利技術的實施流程圖。
[0041]圖2為一款揚聲器組件的三維幾何模型。
[0042]圖3為一款揚聲器組件的三維幾何模型剖面圖。
[0043]圖4為一款揚聲器組件的仿真幾何模型圖。
[0044]圖5為加速度載荷大小隨頻率的變化關系圖。
[0045]圖6為揚聲器組件的材料參數圖。
[0046]圖7為揚聲器組件仿真有限元網格模型圖。
[0047]圖8為揚聲器支架上的應力分布圖。
[0048]圖9為揚聲器支架上一點的應力值隨頻率的變化關系圖。
[0049]圖10為揚聲器支架材料的S
?
N曲線“Wohelr”圖。
[0050]圖11為揚聲器支架振動疲勞使用因子分布圖。
[0051]圖12為揚聲器支架振動疲勞使用因子分布局部放大圖。
具體實施方式
[0052]下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。
[0053]本專利技術所述的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法是基于有限元軟件對揚聲器支架振動疲勞損傷的分析，來得到支架振動疲勞損傷結果，所述的預測方法具體包括如下步驟：
[0054]1)頻域分析得到揚聲器支架在加速度載荷作用下的頻域響應；
[0055]2)通過疲勞累積損傷分析得到揚聲器支架在諧波振動激勵下的疲勞累積損本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于諧波振動的揚聲器支架振動疲勞損傷預測方法，其特征在于：該振動疲勞損傷預測方法至少包括如下步驟：一、靜力學仿真：步驟一(1)建立有限元模型1)添加空間維度、物理場接口和研究類型：在有限元分析軟件中，設置空間維度為“三維”，選擇物理場為“固體力學”，選擇研究類型為“頻域”；2)建立揚聲器組件仿真幾何模型：建模過程如下：A.導入揚聲器組件幾何模型：采用“幾何”相關的操作，導入揚聲器組件的三維幾何模型；B.幾何清理：在“幾何”操作下采用幾何清理功能，清理模型中多余的點、線、面和體；3)設置材料模型：在“固體力學”物理場下設置揚聲器組件的材料模型為“線彈性材料”，并為該線彈性材料添加“阻尼”功能接口，并使“阻尼”應用于揚聲器組件的幾何域；4)設置邊界條件和載荷：在“固體力學”物理場下分別設置接觸邊界、初始條件和加速度載荷，詳細設置步驟如下：A.固定約束：為支架安裝孔添加固定約束；B.加速度載荷：設置揚聲器組件所受加速度的大小和方向；5)定義材料屬性：有限元仿真模型的材料屬性與物理場、材料模型及邊界條件有關，這里需設置的材料參數包括楊氏模量、密度、泊松比、阻尼；6)劃分網格：指定網格單元類型及網格大小生成有限元網格單元；(2)求解及后處理1)求解：采用有限元法對上述步驟所建立的有限元模型進行求解，其基于的理論方程如下：式中，[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為靜剛度矩陣，為節點加速度向量，為節點速度向量，{X}為節點位移向量，{F}為激勵載荷向量；采用“頻域”方法求解；2)后處理：通過后處理可得支架上某一點應力值隨頻率的變化關系，以及應力達到最大時對應的頻率點；二、疲勞仿真：步驟二(1)建立有限元模型(在步驟一模型基礎上)1)添加物理場接口和研究類型：添...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐仁方，岳磊，許梟雄，范春濤，陸明偉，陸曉，丁曉峰，溫周斌，周建明，
申請(專利權)人：浙江中科電聲研發中心，
類型：發明
國別省市：