Особенности расчета низкочастотной структурной составляющей транспортных средств, страница 2

Значения [K]i-1 , [C]i-1 ,{Ui-1}, {Fi-1}соответствуют начальным значениям на отрезке времени  D(ti), а [K]i , [C] i , {Ui}, {Fi} - конечным, по температурам и теплонагрузкам соответственно. Отметим, что при использовании соотношения (2а) необходимо, в целях обеспечения устойчивости процесса вычислений, выполнение критерия – шага по координате времени

D(ti)³0.557×h2×Crk/lk    ,

где lk –теплопроводность (Вт/(см×град)), а Crk – теплоемкость среды (Дж/(см3×град)), а h –размер стороны конечного элемента (рис.1).

Уравнение (1) в конечномерных методах принимает ряд видов начиная от основного

                                          [M]{q"}+[H]{q'}+[K]{q}={F}  ,     (2)

преобразующегося в  свою очередь под расчеты частот и форм собственных колебаний выделенного объема среды  (например,  для объема салона различной архитектуры или отдельно взятого элемента машины: панели, капота, стекла и т. д.) представляемых уравнением

                                          [M]{q"}+[K]{q}=0   ,                       (3)

и стационарных процессов (для анализа структурного шума -  квазистационарных, то есть переменных во времени, но не динамических)

                                          [K]{q}={F}   ,                                   (4)

что характерно для воздушных объемов салонов транспортных средств, нижняя граница частоты собственных колебаний которых определяется значениями  от  ~200 Гц, что значительно выше нижнего диапазона частот вибрации корпуса и панелей  ~(1,5-3,5) Гц.

        Kвазистационарные - переменные во времени колебания, образованные (ростом-сжатием) текущего состояния объема  воздуха,  вследствие движения элементов, его образующих, в условиях изменений места и характера утечек воздуха и форм давления панелей на этот объем создают в нем текущие зоны с нестационарным давлением,  неравномерно-распределенного в пространстве,  на значения которых  накладываются  более высокочастотные,  но  менее  энергонасыщенные (по амплитуде) спектры колебаний, включая наведенные. Дополнительно, для определения частот предварительно нагруженных элементов конструкций, уравнение (3) нужно добавить соотношением методики итерационного уточнения -  приближением  искомого  вектора  собственных колебаний {V i} на шаге (i) к вектору {Uc}={2q} найденному из решения задачи по уравнению (4),  начального статического деформирования от  {F}:

                                          w'=[K] - [M]{V' i}/{U c}   .           (3,a)

В этих уравнениях  [K] , [K]-1, [M] , [H]-матрицы жесткости, обратная ей,  массы, коэффициентов демпфирования соответственно, а {F}-вектор нагрузок, нестационарный только для (2). Истинная частота  w'  определяется после выполнения неравенства  разности  собственных значений принятой погрешности вычислений :                                                                               

                                             wi+1-w' i < Ep.

         Очевидно, что  развернутое  решение  уравнений (2) - (4) в первую очередь касается моделирования вибрации панелей и элементов на основе  описания их основных свойств,  как изменяемых функций параметров алгоритмов, включая граничные условия и геометрическую интерпретацию пространства,  которые  дополнительно  к  работе [2] представлены на рис. 1.

Особенностью программных модулей является библиотеки двумерного хранения этих параметров, что существенно облегчает решение задач с изменяемыми данными в процессе счета.  Таким образом, указанные уравнения  могут быть приведены к соотношениям метода конечных элементов и алгоритмизированы в  пакеты  программ.  Типовые  блок-схемы программ решения уравнений представлены на рис. 2-4. Начальным этапом решения всех уравнений является ввод исходных данных по геометрическим размерам выделяемого для исследования объема.  Затем описываются свойства этого пространства (среды)  и  кинематические  ограничения, накладываемые на его движения.  К таким ограничениям относятся перемещения, равные нулевым значениям при решении уравнений (3) и (4), а в некоторых практических случаях (2).  Однако для уравнения (2) чаще всего эти перемещения изменяемы, так же как и для квазистационарного решения (4).  Применительно к задаче определения уровня структурного шума на транспортных машинах последовательность  решения  составляет совокупность стандартных приемов-подзадач: