[发明专利]一种扬声器跌落过程的数值仿真分析方法

摘要

本发明提出了一种扬声器跌落过程的数值仿真分析方法，该方法首先建立有限元仿真模型，它包括如下步骤：1)建立包含扬声器单体和混凝土浇筑砖的跌落仿真几何模型；2)在“固体力学”物理场中设置材料模型、接触边界条件、初始条件、约束条件和载荷力；3)设定材料参数；4)设置网格类型和尺寸，划分网格生成有限元模型。然后，采用瞬态分析方法对该有限元模型进行求解，并通过后处理得到扬声器跌落过程中的能量、应力、应变和位移的变化关系，具体包括：1)扬声器总动能和总弹性应变能随时间的变化关系；2)指定时刻扬声器结构上应力分布图；3)指定时刻扬声器结构上质点的位移大小；4)扬声器的塑性应变量及分布图。

主权项

一种扬声器跌落过程的数值仿真分析方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：(1)建立有限元模型1)建立扬声器跌落仿真的几何模型，该模型包括扬声器单体和混凝土浇筑砖，具体建模步骤如下：A.扬声器几何模型导入：将仅包含盆架、磁钢、软铁的扬声器三维几何模型，以下简称:简化几何模型，导入有限元分析软件，在扬声器的跌落过程仿真分析中，由于音圈、骨架、定心支片、防尘帽、锥体、折环部件的质量较小，它们对扬声器结构上应力、应变的影响较小，所以在仿真分析中均将它们忽略，以达到减少计算量，提高计算效率的目的；B.几何清理：在有限元模型构建过程中，由于几何模型中多余的点、线、面和体均会对网格质量造成较大的影响，故导入几何模型后，需采用几何清理功能清除模型中多余的点、线、面和体，提高网格质量；C.跌落方向设置：旋转简化几何模型，调整模型方向与扬声器跌落方向一致；D.建立混凝土浇筑砖模型：根据扬声器所处位置及其跌落方向建立混凝土浇筑砖的几何模型，浇筑砖的几何模型为长方体，并使浇筑砖上表面与扬声器跌落面之间的距离为h，其物理意义为扬声器距地面的高度为h；2)设置物理场及材料模型，详细步骤如下：A.设置物理场：选择“固体力学”物理场来仿真分析扬声器跌落过程；B.设置材料模型：将扬声器的盆架设置为弹塑性模型，磁钢和软铁均设置为线弹性模型，将混凝土浇筑砖设置为刚体域；3)定义边界条件和载荷，详细步骤如下：A.“接触对”及其边界条件：将跌落过程中会发生接触的面设为“接触对”，并将扬声器上的接触面设置为目标边界，将混凝土浇筑砖上的接触面设置为源边界，为“接触对”设置接触边界条件，包括接触压力的计算方法和接触边界的约束；B.重力载荷：设置扬声器所受重力的大小和方向，这里重力方向与跌落方向一致；C.初始条件：设置扬声器跌落的初速度为单位：m/s，g＝9.8m/s2为重力加速度值，扬声器跌落试验要求跌落高度为1m，仿真中为提高计算速度，以扬声器在高度h处为初始状态，本发明所述案例中h＝0.7mm，忽略了从1m位置下落到h的过程，又由于扬声器下落过程中在重力作用下做自由落体运动，所以计算可得扬声器在高度h处的速度大小为D.刚体域约束：为刚体域添加固定约束，由于混凝土浇筑砖的质量和刚度均远大于扬声器，撞击时其质点位移远小于扬声器，故仿真分析中忽略浇筑砖的质点位移；4)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、各向同性切线模量、初始屈服应力；5)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，扬声器部件采用自由四面体网格类型；混凝土浇筑砖采用扫掠网格，且扫掠源面上采用自由三角形网格类型；指定单元尺寸大小，这里需要对所设定的“接触面”区域进行细化，使计算结果更精确；(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：[M]{X··}+[C]{X·}+[K]{X}={F(t)}]]>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，在扬声器跌落过程的仿真分析中包含了非线性的瞬态分析，瞬态求解器采用“全耦合+直接”的组合方式，并设定瞬态求解器采用的时间步长方法为“向后差分公式”、步长大小为“精确”；2)后处理：通过后处理可对求解有限元模型得到的结果进行图像化处理或列表显示，可得到的结果主要包括：1)扬声器跌落过程中接触面之间的距离随时间的变化关系；2)跌落过程中能量的变化关系；3)某时刻扬声器上应力及位移的分布图；4)扬声器的等效塑性应变分布图。