通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法
专利汇可以提供通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种通过扬声器振动部件的劲度系数反推其 杨氏模量 的方法，属于扬声器设计和制造及材料参数测量领域。首先，采用测量方法得到扬声器振动部件的劲度系数K1。然后，采用仿真分析方法得到该振动部件的劲度系数K2，它包括建立 几何模型 、建立仿真分析模型和静 力 分析求解等步骤。最后，通过上述劲度系数K1和K2，反推计算得到该振动部件材料的杨氏模量。该方法可以比较准确地获得扬声器振动部件的材料特性，从而更好地设计和制作扬声器。，下面是通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法专利的具体信息内容。
1.一种通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法，其特征在于该技术至少包括以下步骤：
（1）测量得到振动部件的劲度系数；
有两种方式测量得到振动部件的劲度系数：1）通过振动部件设计图纸上标示的变位a -3
mm/M g，计算振动部件的劲度系数：K1=M×9.8×10 /a（N/mm），M表示质量大小，a表示位移大小，N表示力的单位； 2）使用扬声器振动部件顺性测量仪，测量得到振动部件上某点P处在不同变形位移x1下的劲度系数K1（x1）；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的劲度系数；
（2）仿真分析得到振动部件的劲度系数；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；
2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；
若希望获得更高的几何精度，建议采用方式2）所述的方法测量振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量变位或劲度系数时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；载荷边界条件，当采用方式1）测量得到振动部件的劲度系数时，参考测量变位时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为F= -3
M×9.8×10 N，方向为振动部件工作方向上的载荷，当采用方式2）测量得到振动部件的劲度系数时，参考测量劲度系数时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为0.49 N，方向为振动部件工作方向上的载荷；
C. 静力分析求解；
1） 在数值计算软件中，选择静力分析求解器，求解得到振动部件上对应P点处的位移x2；
2） 根据下列公式计算得到振动部件的劲度系数仿真结果为：
K2=F/x2
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
在振动部件劲度系数的测量结果K1（x1）中，提取x1=x2处的值K1，已知振动部件劲度系数的测量结果K1、仿真结果K2和杨氏模量估计值E0，根据线弹性材料的杨氏模量和劲度系数成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E；
E=E0×K1/K2。
2.如权利要求1所述的通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法，其特征在于数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的商用软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。
3.如权利要求1所述的通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法，其特征在于扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法
技术领域
背景技术
发明内容
本发明的一种通过扬声器振动部件的劲度系数反推其杨氏模量的方法，具体步骤为：
（1）测量得到振动部件的劲度系数；
有两种方式测量得到振动部件的劲度系数：1）通过振动部件设计图纸上标示的变位a -3
mm/M g，计算振动部件的劲度系数：K1=M×9.8×10 /a（N/mm），M表示质量大小，a表示位移大小，N表示力的单位； 2）使用扬声器振动部件顺性测量仪，测量得到振动部件上某点P处在不同变形位移x1下的劲度系数K1（x1）；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的劲度系数；
（2）仿真分析得到振动部件的劲度系数；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；
2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；
若希望获得更高的几何精度，建议采用方式2）所述的方法测量振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量变位或劲度系数时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；载荷边界条件，当采用方式1）测量得到振动部件的劲度系数时，参考测量变位时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为F= -3
M×9.8×10 N，方向为振动部件工作方向上的载荷，当采用方式2）测量得到振动部件的劲度系数时，参考测量劲度系数时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为0.49 N，方向为振动部件工作方向上的载荷；
C. 静力分析求解；
1） 在数值计算软件中，选择静力分析求解器，求解得到振动部件上对应P点处的位移x2；
2） 根据下列公式计算得到振动部件的劲度系数仿真结果为：
K2=F/x2
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
在振动部件劲度系数的测量结果K1（x1）中，提取x1=x2处的值K1，已知振动部件劲度系数的测量结果K1、仿真结果K2和杨氏模量估计值E0，根据线弹性材料的杨氏模量和劲度系数成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E；
E=E0×K1/K2
数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的商用软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
具体实施方式
有两种方式测量得到振动部件的劲度系数：1）通过振动部件设计图纸上标示的变位a -3
mm/M g，计算振动部件的劲度系数：K1=M×9.8×10 /a（N/mm），M表示质量大小，a表示位移大小，N表示力的单位； 2）使用扬声器振动部件顺性测量仪，测量得到振动部件上某点P处在不同变形位移x1下的劲度系数K1（x1）；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的劲度系数；
（2）仿真分析得到振动部件的劲度系数；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；
2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；
若希望获得更高的几何精度，建议采用方式2）所述的方法测量振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量变位或劲度系数时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；载荷边界条件，当采用第一种测量得到振动部件的劲度系数方式时，参考测量变位时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为F= -3
M×9.8×10 N，方向为振动部件工作方向上的载荷，当采用第二种测量得到振动部件的劲度系数方式时，参考测量劲度系数时的力作用点，在振动部件的相应部位施加大小为0.49 N，方向为振动部件工作方向上的载荷；
C. 静力分析求解；
1） 在数值计算软件中，选择静力分析求解器，求解得到振动部件上对应P点处的位移x2；
2） 根据下列公式计算得到振动部件的劲度系数仿真结果为：
K2=F/x2
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
在振动部件劲度系数的测量结果K1（x1）中，提取x1=x2处的值K1，已知振动部件劲度系数的测量结果K1、仿真结果K2和杨氏模量估计值E0，根据线弹性材料的杨氏模量和劲度系数成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E；
E=E0×K1/K2
数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的商用软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
步骤2：通过定心支片的设计图纸，画出定心支片的2D轴对称几何模型，见图2；
步骤3：由于定心支片为轴对称结构，因此为了便于计算，在 COMSOL软件中首先选择
2D轴对称分析环境，然后选择固体力学模块，最后选择静态分析模式；
步骤4：在COMSOL软件的“几何”中导入定心支片的2D轴对称几何模型；
步骤5：使用COMSOL建立定心支片的有限元模型，具体步骤如下；
3
1）定义材料特性。设置定心支片的密度为450 kg/m，泊松比为0.33，杨氏模量估计值为400 MPa；
2）定义边界条件。由于在测量定心支片变位时，其外边缘是被夹具固定的，所以在定心支片的几何模型外边缘定义固定边界条件，如图3中粗线条所示。在内边缘施加大小为-0.49 N，方向为z的力；
3）网格划分。设置网格类型为自由三角单元，单元尺寸设为Extra fine，点击Build all，结果见图4；
步骤6：点击Study开始进行静力分析求解；
步骤7：求解完成后，提取定心支片内边缘上任意一点的位移值x2=-1.4mm，则定心支片劲度系数的仿真结果为；
K2=F/x2=-0.49 N/(-1.4) mm=0.35 N/mm
步骤8：反推杨氏模量。定心支片劲度系数的大小是和杨氏模量成正比的，由已知数据，可以反推计算出定心支片材料的杨氏模量E= E0×K1/K2=400 MPa×0.234/0.35=267.4 MPa。
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