フュエルポンプの低騒音化 – ブラケットの振動シミュレーション(モデルコリレーション)

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フュエルポンプ(燃料ポンプ)にインシュレータを装着した場合、ブラケットの大型化やインシュレータ追加による共振周波数の低下が予想されます。そこで、この共振周波数がどの程度低下するかをシミュレーションによって予測することとしました。具体的には、Step 1) 現状構造をモデル化し(ベースモデル)、Step 2) ベースモデルのブラケットを新しいブラケットモデルに差し替えてNX Nastranによるノーマルモード解析(固有値解析)を行いました。本記事ではStep 1)の結果についてリポートいたします。

Figure 3.1はベースモデルの周波数応答解析結果(伝達関数=イナータンス)を実験データと比較したグラフです。横軸が周波数(振動の速さ)、縦軸が加速度/力(振動の大きさ)を表します。実験の18ヘルツ近傍に対し、シミュレーションは23Hz近傍にピークが現れており、約25%共振周波数が高くなっています。

Figure 3.1. 周波数応答(イナータンス) / 実験(Test) vs. シミュレーション(Sim) / 加振点・応答点:Figure 3.2

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Figure 3.2. 加振点=応答点

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ブラケットを取り付ける車体側フランジの塗膜を剥がしたところ、部分的に錆が発生し、それにより板厚が最大で20%ほど低下していることが判明したため、フランジを詳細に計測して算出した平均板厚をモデルに反映し微調整した結果、Figure 3.3のように実機特性を再現することができました。(モデルコリレーション) 着目する18ヘルツ近傍をみると、シミュレーション(Sim)のほうが実験(Test)よりピーキー(鋭い山)になっています。これは実験ではフュエルホースが装着された状態で計測したことで減衰が大きくなるのに対し、シミュレーションではそれがモデル化されていないことによって生じた差異と思われます。また、シミュレーションのマスラインが実験データを再現していませんが、これは、実験が車両状態で行ったものであるのに対し、シミュレーションはフュエルポンプ系のみで行っていることから生じる差異です。(100Hz以上まで検討する場合はこの部分の再現性も考慮します)

Figure 3.3. 周波数応答(イナータンス) / 実験(Test) vs. シミュレーション(Sim) / 加振点・応答点:Figure 3.2

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18ヘルツ近傍のピークは実験ではブラケットの上下曲げ1節(セツ)モードでしたが(Figure 3.4)、シミュレーションも同様な固有モードが現れており(Figure 3.5)、概ねこのモデルをベースモデルとして検討をすすめても問題なさそうであることがわかりました。

Figure 3.4. 実験結果 / 固有モード / 18.5 [Hz] / 上下曲げ1節

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Figure 3.5. シミュレーション結果 / 固有モード / 18.5 [Hz] / 上下曲げ1節

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次回はベースモデルのブラケットを新しいブラケットモデルに差し替えた場合のシミュレーション結果(Step 2)をリポートさせていただく予定ですので、もしよろしければ改めてご訪問いただけましたら幸いです。