轿车驾驶室声学响应仿真分析与优化

《轿车驾驶室声学响应仿真分析与优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、轿车驾驶室声学响应仿真分析与优化发表时间：2011-12-17刘建伟刘二宝王志亮彦斌关键字：声固耦合传递路径分析板件贡献量分析阻尼材料本文针对某轿车后排乘客耳旁噪声水平过高的问题，建立该车结构声学耦合系统有限元模型。通过声灵敏度分析得到左前悬架安装点位置到驾驶室内的声学响应为驾驶室内噪声的主要传递路径，并进行板件贡献量分析，找到对后排乘员耳旁噪声贡献量显著的板件。1前言   随着社会的快速发展，人们对高性能轿车的需求越来越多。在满足安全、低油耗以及疲劳耐久性的基础上，人们对轿车的驾乘平顺性能和乘坐舒适性能的要求也越来越严格。多数的消费者在购买汽车时非常在意汽车的振

2、动与噪声性能。统计分析表明，汽车的振动与噪声性能已经成为消费者评判汽车品牌好坏的重要因素之一。为了提高车辆的乘坐舒适性能，汽车厂商在产品设计开发阶段非常重视降低产品的振动噪声水平，以提高市场的竞争力。   本文利用有限元分析技术对某款轿车驾驶室内声学响应进行分析，在得到驾驶室内部声学动态特性分析的基础上，对驾驶室进行板件声学贡献量分析，找出了在特定频率下对于驾驶员右耳声压贡献量突出的振动板件，提出了降低由结构振动引起的车内低频噪声的措施。最后通过试验验证了方法的有效性。2驾驶室声固耦合分析理论基础   2.1驾驶室封闭空间的声学系统   驾驶室内声振耦合作为一种物

3、理现象，满足三个物理定律，即牛顿第二定律、质量守恒定律、及描述声强、温度及体积等状态参数关系的物态方程，运用这些基本定律，可以得到描述声振耦合现象的波动方程。因为主要考虑小振幅状态下的线性声学，对空气做以下假设：   (1)流体是可压缩的，密度随压力变化而变化；   (2)流体是非黏性流体，没有黏性引起的能量损耗；   (3)流体中没有不规则流动；   (4)流体是均质的，各点平均密度和声压相同；   (5)空气中传播的是小振幅声波。   在上述假设条件下，对于驾驶室封闭空间的声学系统，声波方程可以表示为   式中，△2为拉普拉斯算子；p为瞬时声压；c为空气中的声

4、速，c=；K为流体压缩模量；ρ为流体密度。   2.2多自由度动力学方程   多质量系统的动力学方程   式(2)中[M]，[C]，[K]分别为多质量系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{F}为力向量。   2.3结构声学系统耦合求解   车身板件所包裹的空腔，形成了一个封闭的声学系统。这个系统和结构系统一样具有自己的模态频率和模态振型。其模态振型表现为各处声压的不同。   声腔的声学有限元状态方程   其中：[Mpe]，[Cpe]，[Kpe]，ρ[Re]分别为空气质量矩阵、空气阻尼矩阵、空气刚度矩阵和结构声学耦合质量矩阵。{pe}为空气单元节点声压向量，Ue为节

5、点位移向量。   声腔的结构振动状态方程   其中：[Me]，[Ce]，[Ke]，{Fe}分别为结构质量矩阵、结构阻尼矩阵、结构刚度矩阵和结构外载激励，{Fpre}为界面声压向量。   将式(3)和式(4)联立即可求得结构声学耦合问题的状态方程。便可以求得声学模型的声学共鸣频率和声压分布。3 结构声学耦合有限元模型的建立   3.1结构有限元模型的建立   首先在Hypermesh软件中建立好Trimmedbody模型，即在BIW(白车身)模型基础上添加以下分系统模型包括：四门两盖及其内饰；油箱(附90%汽油质量)；前后排座椅骨架及表皮质量；建模过程中忽略掉的附件

6、电器用质量点代替。结构模型主要采用壳单元(CQUAR4和CTRIA3)来模拟各个钣金结构零件与玻璃，焊点连接采用CWELD单元，螺栓连接采用RBE2单元，缝焊连接采用RBE2单元，粘胶连接采用体单元(CHEXA)来模拟。Trimmedbody有限元分析模型如图1所示。   图1Trimmedbody有限元分析模型   3.2空腔有限元模型的建立   提取驾驶室内部与空气接触的表面，构成一个密闭的空腔。在不影响精度的前提下对其进行必要的简化。由于座椅的存在使整个乘员舱内的空腔不再是一个连续、完整的声学场，故考虑座椅对声腔模态的影响，建立了包括座椅的三维声学模型。本次

7、声腔模型采用以六面体为主的网格形式，网格尺寸控制在50mm，每个波长6个单元，划分完毕的声腔模型，如2图所示。   图2空腔有限元模型4驾驶室声固耦合频率响应分析   响应分析求解方法有两种：直接法和模态法。考虑到模态截断等问题，其计算精度虽不如直接法精确，但是由于其对运动方程进行了缩减和简化，因此在求解大的模型时，其求解时间会大大缩短。本次分析采用模态法求解。   4.1声学模态计算结果   采用模态法求解响应问题，首先需要对结构和声学进行模态分析，计算各阶模态振型和自然频率，以各阶模态振型的叠加求解乘员耳旁噪声的响应水平，图3为声腔模型的前四阶模态位移振型云图

8、。前四阶固