[发明专利]一种扬声器定心支片劲度系数非线性特性的数值仿真分析方法

摘要

本发明公开了一种扬声器定心支片劲度系数非线性特性的数值仿真分析方法，属于扬声器设计领域。该方法通过建立定心支片的几何模型、定义非线性材料模型，并考虑几何非线性，通过有限元方法完成静力分析，可得到定心支片在不同加载力作用下的轴向位移，进而通过后处理可得到定心支片劲度系数随轴向位移的变化曲线。该方法可在设计初期，即尚未生产制造样品之前，即可分析得到定心支片的非线性特性K(x)，从而使定心支片的设计和制作快速便捷。

主权项

1.一种扬声器定心支片劲度系数非线性特性数值仿真分析方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：1）建立扬声器定心支片的几何模型使用三维绘图软件或直接在有限元分析软件中绘制扬声器定心支片的三维3D几何模型图；2）建立扬声器定心支片的有限元模型，具体步骤如下：A、对定心支片几何模型划分单元：为了提高分析精度，定心支片的厚度方向应至少划分2个单元；虽然定心支片的径向尺寸相对于厚度尺寸较大，但为了使单元形状尽可能规则，单元的径向尺寸设计成接近于或者等于单元的厚度方向尺寸；B、定义单元类型：若是2D模型，选择面单元，同时该单元应具有轴对称属性；这种具有轴对称属性的面单元可将简化了的2D模型分析等效于实体的3D模型分析；若是3D模型，则选择体单元；C、定义非线性材料属性：选择多弹性材料模型，该材料模型是一种弹性非线性材料模型，其应力应变关系在加载和卸载条件下将沿同一轨迹，输入定心支片材料在一定应变范围内的应力应变关系；D、为单元指定单元类型和材料属性；将（B）、（C）步骤中定义的单元类型和材料属性关联到（A）步骤中，得相应单元；3）定义定心支片的边界条件：在定心支片外缘施加固支约束，在内缘施加径向约束；4）定心支片内缘施加轴向力：定心支片的内缘与音圈相连，定心支片的受力是由音圈的驱动力产生，且认为该驱动力是轴向的；5）有限元模型求解，有限元法求解如下材料力学本构方程：其中应变张量，应力张量；对于各向同性材料，弹性刚度矩阵为其中为弹性模量，为泊松比，剪切模量；若定心支片材料有明显的非线性，即应力应变不呈线性关系，则弹性模量不是常数，表现为弹性模量是随应变增大而变化，通常是减小的物理量；那么材料力学本构方程需要根据不同应变及时调整弹性模量，即调整弹性刚度矩阵；定心支片劲度系数非线性特性的数值仿真分析基于静态分析，即求解力和力矩的平衡方程：，其中为施加在模型上的总力，为施加到定心支片的轴向力，为定心支片自身变形产生的反作用力，为所有力相对于任意点的力矩总和，为施加到定心支片的力矩，为定心支片自身变形产生的反作用力矩；在进行定心支片劲度系数非线性特性的数值仿真分析时，由于定心支片织物因载荷而产生的位移远大于其厚度，因而它的位移应视作大位移，即分析时应考虑几何非线性的影响；因此，力和力矩的平衡方程应根据定心支片的几何模型变形及时调整，具体表现在单元发生几何变形，其对总体刚度的贡献也将发生变化；轴向力通过分步加载进行计算，包括：轴向力为10N，分10步进行计算，分别得到轴向力为1N、2N直至10N的结果；通过力和力矩的平衡方程计算得到和，然后根据材料力学本构方程求解得到定心支片上所有节点和单元各个方向的应变及变形量；6）结果后处理：读取不同加载力下定心支片内缘处的轴向位移，力与轴向位移之间的比值即为劲度系数，从而得到定心支片内缘处不同轴向位移时的整体劲度系数大小。