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《車內(nèi)噪聲預(yù)測與面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、車內(nèi)噪聲預(yù)測與面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析作者：西北工業(yè)大學(xué)惠巍劉更吳立言摘要：面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析是汽車NVH特性研究的重要內(nèi)容,識別各面板對車內(nèi)場點的貢獻(xiàn)度對于控制車內(nèi)噪聲有著重要意義。利用有限元結(jié)合邊界元的方法,建立三維車輛乘坐室聲固耦合模型,使用ANSYS軟件計算出乘坐室在20-200Hz頻率的聲固耦合振動特性后,采用LMSVirtual.lab軟件預(yù)測了駕駛員左、右耳的聲壓響應(yīng)。并通過各壁板對駕駛員右耳聲壓的面板貢獻(xiàn)度分析,得出了各壁板對駕駛員右耳總聲壓的貢獻(xiàn)度,為降低車內(nèi)某點噪聲進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改提供理論依據(jù)。通過對結(jié)構(gòu)修改,有效
2、降低了車內(nèi)某點噪聲。關(guān)鍵詞：聲學(xué);乘坐室;振動;有限元;邊界元;面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度;噪聲控制車內(nèi)噪聲主要是由發(fā)動機(jī)、傳動系、輪胎、液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)振動引起。不論傳播的途徑如何,最終影響乘坐室內(nèi)部噪聲和振動特性的主要因素是乘坐室所有板件的振動和聲學(xué)特性[1]。研究人員提出了多種分析方法和相應(yīng)的降噪方法來有效地降低結(jié)構(gòu)振動噪聲。如結(jié)構(gòu)噪聲有源控制,發(fā)動機(jī)隔振降噪[2,3]等。然而,車身各板件的不同區(qū)域?qū)τ诔俗覂?nèi)部空間任意位置聲壓的貢獻(xiàn)是不同的,在結(jié)構(gòu)修改之前有必要進(jìn)行面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析(PACA),以確定對乘坐室內(nèi)噪聲影響最大的結(jié)構(gòu)
3、板件,這是進(jìn)行乘坐室低噪聲設(shè)計的重要環(huán)節(jié)和有效手段。為了研究各面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度,這就首先要求對乘坐室內(nèi)部聲學(xué)特性進(jìn)行聲學(xué)動態(tài)特性分析。美國通用汽車公司的Sung和Nefske[4]應(yīng)用有限元方法對完整車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行了分析,并首次考慮了車身結(jié)構(gòu)和聲場的耦合作用。Langley[5]采用邊界元方法預(yù)測了結(jié)構(gòu)內(nèi)部振動聲輻射。這些都為分析預(yù)測汽車噪聲打下良好的基礎(chǔ)。本文結(jié)合有限元和邊界元,利用ANSYS和LMSVirtual.Lab軟件預(yù)估出了駕駛員耳旁的聲壓。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行面板聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析,找出了在特定頻率下對于駕駛員右耳
4、聲壓貢獻(xiàn)突出的振動面板,提出了降低由結(jié)構(gòu)振動引起的車內(nèi)低頻噪聲的措施,通過修改該面板結(jié)構(gòu),有效地降低了駕駛員耳旁噪聲。1結(jié)構(gòu)振動與聲輻射計算的理論基礎(chǔ)1.1結(jié)構(gòu)振動有限元方程假定流體是理想的聲學(xué)介質(zhì),則聲波動方程為其中c為流體介質(zhì)中的聲速,p為瞬時聲壓,▽2為拉氏算符。應(yīng)用Galerkin過程,并乘以聲壓的變分δp,在流體區(qū)域V內(nèi)積分,經(jīng)過運算得式中u為S面上位移向量。將流體方程離散化,分成若干個有限單元,單元內(nèi)任意一點的聲壓和質(zhì)點的位移及其對時間的各階導(dǎo)數(shù)均可由該單元結(jié)點上的相應(yīng)的值插值表示,并將聲壓變分約去,可得流體區(qū)域
5、內(nèi)聲場的有限元矩陣方程如下其中Mf為流體等效質(zhì)量矩陣,Kf為流體等效剛度矩陣,R為流體和結(jié)構(gòu)的耦合矩陣,¨U為單元節(jié)點的位移U對時間的二階導(dǎo)數(shù),P為結(jié)點聲壓的矩陣。以上建立了離散形式的波動方程。在流體與結(jié)構(gòu)的交界面上,聲壓對結(jié)構(gòu)同時也產(chǎn)生一個面力的作用,將其變換到結(jié)點上,于是結(jié)構(gòu)方程可以寫成下列形式式中Ff=RTP。方程(3)和(4)描述了完全耦合的結(jié)構(gòu)流體運動方程,用統(tǒng)一的矩陣形式表示有根據(jù)彈性結(jié)構(gòu)和流體相互耦合的離散化矩陣方程(5)可以得到結(jié)構(gòu)表面S節(jié)點處的位移和聲壓。1.2聲學(xué)邊界元方程在流固耦合面S上,存在邊界條件其
6、中vn是邊界表面的法向速度,ω為圓頻率。在無限遠(yuǎn)處要滿足Sommerfeld的輻射條件其中k為波數(shù)。利用波動方程(6)、(7)式,對于單頻聲場,可轉(zhuǎn)化為Helmholtz積分方程其中E、S、I分別表示觀測點的位置在結(jié)構(gòu)外部、表面上和內(nèi)部,rp、rq分別指觀測點和表面上的積分點。G(rp,rq)=是自由空間的格林函數(shù),R(rp,rq)=
7、rp-rq
8、。對表面Helmholtz積分方程進(jìn)行離散,可得到邊界元求解方程Ep=Dvn(9)利用ANSYS程序求解并且考慮流固耦合的振動問題,可計算出乘坐室各面板上所有節(jié)點的振動位移,按照建
9、模過程中設(shè)定的單元實常量的不同,取出各面板上節(jié)點的位移并轉(zhuǎn)變成法向振速,并按照式(9)計算出面板表面壓力。一旦表面壓力已求得,內(nèi)部場的聲學(xué)量也很容易得到[6]。2轎車乘坐室聲固耦合模型2.1結(jié)構(gòu)有限元模型利用ANSYS軟件建立下述有限元模型,該模型長4.5m,寬度1.8m,高度為1.4m(如圖1所示),在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分時,對模型做了部分簡化。采用三維彈性梁單元(BEAM4)表示乘坐室的梁和柱,三維彈性殼單元(SHELL63)代表駕駛室壁板與玻璃,彈性支撐選擇COMBINEL14單元,而駕駛室內(nèi)部聲場用三維流體單元(FLU
10、ID30)表示,其中緊貼結(jié)構(gòu)的流體采用“接觸型”單元(FLUID30)。整個轎車結(jié)構(gòu)劃分為569個梁單元和3725個板單元,駕駛室內(nèi)聲場劃分為10975個流體單元,圖1為該型號卡車駕駛室聲-結(jié)構(gòu)耦合振動的有限元分析模型。有限元分析時,板單元與梁單元部分采用鋼質(zhì)材料,該鋼材密度ρ=7800k
