21. Виброакустические исследования дорожного

СНЕГООЧИСТИТЕЛЯ

21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа дэ-2101

Топологическая схема шнекороторного снегоочистителя ДЭ-210 с использованием программы «Звук» представлена на рис. 21.1.

Упругая среда топологической схемы представляется в виде прямоугольной расчетной области с заданием различных граничных условий на каждой стороне: свободный край, упругое или жесткое закрепление на локальных участках, демпфирующие связи, гасящие отраженные волны. Неоднородности среды могут описываться с помощью точечных (сосредоточенных), линейных (в виде ломаных линий) и плоскостных (распределенных по площади) объектов произвольной формы с различными физическими характеристиками. Геометрия данных объектов осуществляется путем задания координат и их приращений, что упрощает топологическое описание неоднородной среды.

Стержневая рамная конструкция топологически описывается отдельной системой макроузлов и макроэлементов, которые затем автоматически разбиваются программой на стержневые конечные элементы, причем их длина согласуется с размером конечного элемента среды.

Моделирование вибропоглощающих покрытий осуществляется путем введения упругого слоя между стержневыми конечными элементами, что реализует дифференциальные уравнения Навье-Стокса для упруго-вязкой среды, которые для плоской задачи имеют вид

; , (21.1)

где – плотность воздуха при данной температуре, кг/м³ ; , – ускорения, м;

X, Y – верхние индексы, обозначающие производную по соответствующей координате;

σ_Х, σ_Y, , – нормальные и касательные напряжения, определяемые выражениями:

;

;

;

, (21.2)

где К, μ – объемный модуль упругости и коэффициент вязкости воздуха при данной температуре.

Давление воздушной среды определяется исходя из выражения

. (21.3)

Рис. 21.1. Топологическая схема дорожной шнекороторной снегоочистительной машины ДЭ-210

Рис. 21.1. Топологическая схема дорожной шнекороторной снегоочистительной машины ДЭ-210

На практике часто приходится решать задачи с бесконечно удаленными границами среды, в которых отсутствуют отраженные от границ волны. Поэтому в топологическую схему включены демпфирующие связи на нижних границах расчетной области, гасящие отраженные волны.

Это позволяет назначать минимально возможные размеры расчетной области в задачах с бесконечно удаленными границами и существенно снизить трудоемкость расчетов.

В общем случае граничные условия на краю расчетной области могут быть представлены в виде распределенных масс, соединенных упруго-вязкими связями с «землей» (рис. 21.2).

Рис. 21.2. Расчетная схема полубесконечного стержня

При этом полное частотно-независимое гашение отраженных волн на границе расчетной области обеспечивается при нулевых значениях масс и жесткостей и задании распределенных демпфирующих связей, определяемых соотношением

; ; , (21.4)

где m, с, d – соответственно распределенные масса, демпфер, жесткость;

Е, – модуль упругости, кПа, и плотность среды, кг/м³.

Следует отметить, что разработанная программа «Звук» № государственной регистрации 3612 позволяет моделировать для каждого макроэлемента топологической схемы различные уровни совместного деформирования КЭ со средой при помощи специальных коэффициентов совместности, изменяющихся от нуля до единицы. Значение «ноль» соответствует отсутствию совместности, значение «единица» - полной совместности. Это обеспечивает возможность расчета конструкций, отдельные элементы которых имеют решетчатую или перфорированную структуру, частично взаимодействующую со средой (рис. 21.3).

Предложенная расчетная схема позволяет учитывать влияние рабочего режима машины на общий уровень звукового давления в кабине снегоочистителя. Это обеспечивается распределением присоединенной массы снега по макроузлам рабочего органа.

Рис. 21.3. Расчетная схема для определения присоединенной массы снега

Масса снега будет определяться призмой с размерами H, B, L, объем которой

. (21.5)

Тогда масса призмы m будет

, (21.6)

где ρ_с – плотность снега, кг/м³.

Очевидно, что геометрические размеры призмы снега зависят от размеров рабочего органа снегоочистителя, принимаем Н = L = 1540 мм; В = 2630 мм. Задавшись плотностью слабоуплотненного снега кг/м³ при температуре окружающей среды t = 0 ^oC, определяем присоединенную массу призмы снега:

кг.

Следует отметить, что предложенная расчетная схема состоит из 107 макроэлементов, 36 различных типов и 101 макроузла. Также в программе «Звук» имеется дополнительная возможность для изменения типа элемента (т.е. его свойств) и введения дополнительных элементов для моделирования мероприятий по снижению шума в кабине.

Таким образом, разработанная плоская топологическая схема позволяет моделировать совместные колебания конструкции машины и внутренней воздушной среды, вызванные приложенными нагрузками, вызывающими колебания в широком диапазоне дозвуковых и звуковых частот, исследовать влияние свойств опорных связей кабины, массы пола кабины на общий шум, воздействующий на водителя-оператора при различных режимах работы дорожного снегоочистителя.