挖掘机驾驶室结构振动及噪声分析

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1、挖掘机驾驶室结构振动及噪声分析陈作炳林忠张政阳小松（武汉理工大学武汉430070）摘要：禾U用有限元分析软件ANSYS对挖掘机驾驶室的振动与内声场耦合做了数值计算分析研究。本文介绍了振动模态分析方法，谐响应分析方法的具体步骤。通过计算分析，得到壁板厚度对挖掘机驾驶室振动噪声的影响，从而找到振动最大的部位，对该部位进行结构改进，最终达到降噪的效果。关键词：驾驶室；振动；声学；有限元;声固耦合AnalysisofExcavatorCabStructureVibrationanditsNoiseResponseCHENZuobing,L

2、inZhong,ZHANGZheng,YangXiaosong（SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070）Abstract:ThenumericalcalculationandanalysisforthecouplingofvibrationandinteriorsoundfieldofaresistancecabhasbeencarriedoutbyusingtheFEMandtheacousticanal

3、ysissoftware.Thispaperintroducesthespecificstepsofthemethodofvibration'smodalanalysisandthemethodofharmonicresponseanalysis.Throughcalculationandanalysis,getwainscotthicknesswhichhastheinfluenceofvibrationnoiseexcavatorcab,soastofindthebiggestpartofvibration,thepartso

4、ftheimprovedstructure,andfinallyreachtheeffectofnoise.Keywords:cab;vibration;acoustics;FEM;acousticcoupling0引言挖掘机驾驶室内的噪声不仅危害驾驶员的身体健康而且对心理产生不良影响，削弱驾驶员对各种外界信号的感受能力，危及行车安全。挖掘机的声学品质乂是提高产品竞争能力的重耍方面，所以研究挖掘机驾驶室内噪声特性，降低室内噪声具有重耍的现实意义。车内噪声主要是由发动机、传动系、轮胎、液压系统及结构振动引起。研究表明，质量轻的机身和

5、类似的减轻挖掘机质量的措施增人了挖掘机驾驶室的振动和驾驶室内部噪声，特别是低频噪声。人们试图以吸声材料来降低车内噪声，但是吸声材料虽然能够较好地吸收高频噪声,但对低频噪声的作用不大，显然这个问题最实际的解决办法是改进挖掘机驾驶室结构。这就首先要求对驾驶室内部声学特性进行声学动态特性分析。1984年，GM的S.H.Sung等人应用有限元方法对•汽车车身内部结构噪声进行了分析，并首次考虑了驾驶室结构和声场的耦合作用。近些年來国内许多研究者在驾驶室声固耦合领域也进行了不懈的努力和探索，但是随着驾驶家壁板结构改变后耦合作用的研究还比较少，

6、本文应用有限元法对挖掘机驾驶室结构振动和车内噪声问题进行了研究，并提出了改进方案并得到验证从而达到了降噪的效果。1基本方程1.1结构模态分析理论根据达朗伯原理，在结构所受的载荷屮加入惯性力，用类似于建立静力学平衡方程的方法建立结构的动力学方程：网同+罔同+[K]{/}={Fp}（1・1）其中:[M]为结构的总质量矩阵;[K]为结构的总刚度矩阵;[C]为结构的阻尼矩阵；{6}••为节点位移列阵；｛Fp｝为节点等效载荷列阵；｛》｝为节点位移的二阶导数列阵，即加速度列阵；｛》｝为节点位移的一阶导数列阵，即速度列阵。在结构的动力学方程屮，

7、令｛Fp｝二0,并且考虑无阻尼自由振动的情况，此时得方程+[K]{6}=0(1.2)该式为帘系数线性、齐次常微分方程组，具解的形式为:｛6｝=｛©｝sin（GT+0）将式（1.2）代入式（1.3）得卜卜方网）例=0式（1.4）有非零解的条件是其系数行列式为零，即(1.3)(1.4)7[K]-^[M]=0(1.5)当矩阵［K］、［M］的阶数为n时，式（1.5）是q/的n次实系数方程，在高等代数小已证明，町以从中解出n个实根。按由小到大的顺序排列如下:,2222CO—0)2—())3一…一(On对于每个固冇频率，可确定出一组各结点的

8、振幅值它们互相之间应保持固定的比值，但绝对值可任意变化，它们构成一个向量，称为特征向量，在工程上通常称为结构的固有振型。1・2声固耦合分析理论在不考虑声压对结构振动的影响时，结构振动的控制方程为：Ue[CJ仏+[Kjk》{F」(1.6)［mJ为结构