揚聲器折環褶皺失穩現象分析
這是這個專欄裡另外一位真正的大佬的文章。 @辜磊
他是超聲的首席聲學工程師，通俗的說法就是vifa、真力等。
前幾天參加了
聲學樓十三週年年會
。下面是我當時做得分享報告。歡迎指正。
這篇報告是基於之前在公眾號有分享過的一篇文章深入分析而來的。
複合邊褶皺的初步探究
折環，懸邊，複合邊，surround，edge。。。 這個部件目前並沒有統一的名稱，大家知道是什麼就行了。
為方便手機端閱讀，版面有做調整。
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內容簡介
•揚聲器折環褶皺現象•
褶皺現象
有限元模擬•模擬注意事項•理想模型分析•解決思路
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揚聲器折環褶皺現象
現在的揚聲器產品要求越來越高。
同樣口徑的情況下，都希望諧振頻率Fs越低越好，揚聲器
衝程
越大越好。所以折環相對於音盆的尺寸越來越大。
基於目前的狀況，根據實踐經驗，我們經常發現有些揚聲器折環在大位移時會發生褶皺的現象。
尤其是厚度較薄的橡膠邊和PU邊。且一般發生在單R形狀折環中。
這種褶皺現象可能造成大功率下揚聲器晃動擦圈，失真增大等風險。
褶皺是呈現周向近似週期性的，比較規律。目前這塊的分析研究較少。
在位移較大產品，比較薄的橡膠邊，PU邊等容易出現此類現象。
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褶皺現象
有限元分析
最開始覺得非常奇怪，為什麼軸對稱的產品會出現非軸對稱性形變？而且形變這麼明顯。
到底是因為材料達到一定應力的時候呈現各向異性？還是材料厚度生產工藝厚薄不一造成的？
採用
有限元
計算可以復現到這種現象。說明是產品設計的結構本身就存在這樣的風險。
10mm位移
的形變
10mm位移的應力
用有限元模擬的方式復現了與實踐經驗相符的類似的結果。
透過查詢相關資料，以及和同行業朋友之間的相互交流。大體可以確認這種現象的來源是複合邊發生了屈曲，從而造成大形變時複合邊形狀的不穩定。
位移（動態圖）
應力（動態圖）
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模擬注意事項
•模型採用實體。如果是等厚材料，尤其是帶加強筋的折環，建議採用殼模型，劃分網格更容易，以減小計算開銷。•激勵可以載入力，或者載入位移。相對來說，一般載入位移，計算更容易收斂。
•網格劃分需要在考慮計算能力的前提下，儘可能精細。要體現出細小結構（比如加強筋等）。並且分佈比較均勻。
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理想模型分析
下圖是一個理想的常規半圓單R折環模型。
為方便分析，將折環模型抽象，暫時不考慮其厚度的影響。
圖中標識的變數：
折環內半徑a，半徑R，直徑D=2*R。
z ， r代表
座標系
。
我們先做最理想化的分析，假設折環可以被完全拉直。
半圓弧實線
代表折環原形狀，下面的直實線代表折環變形後的形狀。
可以看到懸邊某些點會被壓縮，某些點會被拉伸。即r
座標值
發生了變化。
需要從3維上來理解，2維軸對稱的點對應到3維就是線。圖中點的對應的長度為2π*r。
由於折環被拉伸或壓縮，會造成折環狀態不穩定，出現褶皺。
透過仔細推導，可以得到以下折環的壓縮/拉伸比例的函式。
在上述表示式中，其中theta0=acos（2/pi），x0代表所在點的r座標值，R是折環半徑，pi= π。
修改模型中R和a的數值即可得到壓縮/拉伸
比例曲線
。
以一款折環半徑R=5mm，折環內半徑40mm為例進行說明。
透過計算，可以得到折環的壓縮/拉伸比例的函式的曲線。
橫座標代表相對的點的r座標值。
縱座標正數代表被拉伸，負數代表被壓縮。
從壓縮/拉伸比例曲線中可以讀取最大壓縮/拉伸的比例，以及位置。
以上面分析的案例為例，最大拉伸/壓縮的部位在折環內外約1/10處。
為快速判斷，方便工程實踐應用。結合上述推導得到的函式以及現有的經驗，做一個粗略的判定方法：
一般來說，將壓縮/拉伸比例控制在2%以內，出現褶皺的可能性較小。
