基于多目标形貌优化方法的低噪声油底壳研究

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1、振动!测试与诊断第!"卷第!期/(-:!";(:!#$%"年&月')+:#$%"'()*+,-(./01*,20(+"34,5)*464+2780,9+(505基于多目标形貌优化方法的低噪声油底壳研究!张俊红!"王"健!"刘"海!"何文运!"李林洁#天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室"天津"!$$$<#$摘要"为了有效降低油底壳的辐射噪声"在设计阶段对初始油底壳的振动噪声水平进行了预测和评估"据此提出了以下结构优化方案%结合模态试验技术建立准确的初始油底壳辐射噪声预测数值模型"根据噪声预测结果"识别出对油底壳整体辐射噪声贡献度较大的峰值频率&结合油底壳自身固有频

2、率"以降低油底壳整体辐射噪声为总目标"以降低预测噪声频谱中各主要峰值频率成分为子目标"建立多目标优化函数"进行油底壳结构形貌优化设计'结果表明"优化前整体噪声声压级为%$$:#!=>"在合理布置板材冲压加强筋后"整体噪声降低了#:'此优化方案减少了单目标形貌优化(设计@试验@改进设计)的重复性和主观性"降低了产品设计的成本"缩短了产品开发周期'关键词"油底壳&多目标形貌优化&结构优化&噪声预测中图分类号"AB"$#&ACD#系"从中总结出了一些基本规律"为油底壳的低噪声*?+引"言设计提供了有效的模型与数据'舒歌群等以油底壳的第%阶固有频率为目标"进行形

3、貌优化"前几阶*%$+近年来"随着汽车工业发展日趋成熟"人们对汽固有频率得到了不同程度的提高'贾维新等经车的要求也日益提高'除了经济性!动力性以外"舒过多次尝试确定对油底壳某一合适的模态进行形貌适性也成为汽车评价的重要指标'汽车噪声作为舒优化"来降低油底壳的噪声水平"噪声减小了!=>'*%@!+适性的一个重要指标开始受到越来越多的关注"对于油底壳的低噪声设计大多采用(设计@虚拟样*%%@%!+因此"发动机的振动噪声控制成为发动机结构设计机@虚拟试验@修改)的虚拟流程'该设计流程领域的又一热点'虽然相比传统的(设计@物理样机@试验@修改)显著缩油底壳是由薄板制造而

4、成"刚度小"面积大"很短了开发设计周期"但是仍需要多次尝试修改"并且容易与跟它相连的发动机体发生共振"辐射噪声较优化设计过程带有很大的主观性'大'油底壳的辐射噪声是发动机辐射噪声的主要来随着各种优化设计软件的不断完善"出现了一*"+源之一"占发动机总辐射噪声的%EF!##F"因些新的优化设计方法'这些优化设计方法主要是通此"有效降低油底壳的辐射噪声成为油底壳优化设过提高某一阶固有频率为目标进行形貌优化"确定计的重要目标'加强筋的最优分布"从而降低油底壳的辐射噪声'近些年来"国内外对油底壳的减振降噪进行了然而"以提高某一阶固有频率作为优化目标具有一*E+研究'84

5、-G*424等提出了油底壳优化设计的方定主观性"而且形貌优化的结果并不一定能够达到案"通过多次优化"改变材料的厚度分布来提高油底预期的效果"如果优化结果不当"很可能会导致整机壳的固有频率"并用一系列不同的模型进行了验证'噪声水平恶化&因此"以往的优化设计需要多次尝*&+B,*0等对附加阻尼层结构的油底壳进行了试验试"找出最恰当的某一阶固有频率作为优化目标"此分析"得出了温度变化对油底壳声学特性的影响'过程需要大量的重复性工作'*<+H(),+0等对塑料油底壳的;/C进行了研究"对笔者对初始油底壳的辐射噪声水平进行了预测新型材料油底壳的设计开发提供了选择和思路'袁

6、及评估"据此提出了以下优化方案%分析油底壳辐射*D+兆成等分析了结构参数与油底壳振动模态的关噪声频谱规律"结合油底壳模态分析结果"识别出油!国家高技术研究发展计划#(八六三)计划$资助项目##$%#II%%%<$&"$收稿日期%#$%#@%$@!%&修回日期%#$%#@%#@%""&D振"动!测"试"与"诊"断第!"卷"底壳辐射噪声贡献度较大的峰值频率&结合油底壳目标的实现'自身固有频率"以有效降低整体声压级为总目标"以!"#"低噪声油底壳的设计分析流程降低预测噪声频谱中各主要峰值频率成分为子目标"建立多目标优化函数"进行多目标形貌优化"提多目标形貌优化的目的是

7、通过初始油底壳的结出油底壳的结构优化设计方案"在提高多个相应固构优化设计来降低油底壳整体噪声"噪声特性是否有频率的同时"避开共振区域"降低油底壳辐射噪得到优化是最终的评价标准"分析流程如图%所示'声'该方法减少了传统方法的油底壳设计的重复性"无需替换油底壳材料和增加重量"大大降低了优化设计的成本"为以后的优化设计提供了新的思路'!"内燃机油底壳多目标形貌优化与噪声分析!"!"多目标形貌优化理论形貌优化是一种形状最佳化的方法"即在板形结构中寻找最优的加强肋分布的概念设计方法"用图%"低噪声油底壳设计分析流程于设计薄壁结构的强化压痕"在减轻结构重量的同N09:%"8

8、4509+,+,-O50