发动机缸盖罩噪声预测与降噪研究

摘要

随着汽车工业的发展，人们对汽车振动、噪声、平顺性（NVH）的要求越来越高，这就给设计者们提出了更高的要求。与此同时，以有限元法和边界元法为代表的CAE技术广泛的应用到了发动机及其零部件的设计过程当中。CAE技术的应用使得从产品设计开发阶段开始就能够进行振动、噪声等预测，有效的指导了发动机及其零部件的设计开发，大大缩短了设计周期，提高了效率和质量，降低了成本，适应了快速变化的市场需求，也增强了市场竞争力。
　　本文应用CAE分析技术，在某发动机的开发过程中，对其缸盖罩的噪声进行预测，识别振动以及辐射噪声的薄弱环节；同时，考虑到在整机参数以及整体结构已经定形的情况下，对缸盖罩不能够进行较大的结构改动，加之结构改进本身的减振降噪也有限，本文对缸盖罩的材料替代进行噪声预测；研究同结构不同材料缸盖罩振动、辐射噪声性能以及材料参数（密度、杨氏模量、泊松比）、阻尼性能对辐射噪声的影响。主要内容和结论有：
　　1）分别采用不同网格尺寸的一阶单元、二阶单元对缸盖罩体进行网格离散后有限元计算模态分析，并与其实验模态进行对比，最终解决了缸盖罩体网格离散化中单元的选择问题，保证了有限元模型的正确性。
　　2）在掌握了缸盖罩体正确建模方法的基础上，针对某正在研发中的发动机缸盖罩体，采用4mm网格控制尺寸的二阶单元对其进行网格离散并计算模态分析，识别了缸盖罩体的动态特性，也得到了其可靠的有限元网格模型，为其振动以及辐射噪声预测奠定了基础。
　　3）针对缸盖罩振动频响计算边界条件难确定的问题，对发动机动力总成悬置系统进行了4000rpm工况下的瞬态有限元仿真分析，得到缸盖罩与发动机相连的螺栓孔处的振动位移，作为缸盖罩振动频率响应仿真分析边界条件，解决了频响计算边界条件难确定的问题。
　　4）在模态的基础上建立了缸盖罩的可靠的有限元网格模型，将仿真分析获取的缸盖罩频响计算边界条件施加于缸盖罩，实现了其强迫振动计算，为其辐射噪声预测奠定了基础；建立了缸盖罩辐射噪声的边界元模型，将振动计算结果作为边界元辐射噪声计算的边界条件，实现了缸盖罩辐射噪声预测。
　　5）通过不同材料缸盖罩频率响应对比分析发现，其在0~1000Hz频段出现了倍频共振现象，缸盖罩的振动从大到小依次是：PA6_E6000型缸盖罩、PA6_E9200型缸盖罩、AZ91D型缸盖罩、ZL101型缸盖罩；在1000~3000Hz频段内的振动从大到小依次是：ZL101型缸盖罩、AZ91D型缸盖罩、PA6_E6000型缸盖罩、PA6_E9200型缸盖罩，主要原因是此频段内阻尼的减振作用明显。
　　6）通过对塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩的辐射噪声对比发现：缸盖罩声学性能从好到差依次是：塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩；材料阻尼性能的不同是塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩声学性能不同的关键因素；塑料缸盖罩在1000~3000Hz频段内，阻尼减振降噪作用特别显著。因此，缸盖罩的降噪材料选择：优先选用塑料，其次镁合金，最后铝合金。

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题背景和研究意义

1.2课题国内外研究现状

1.3论文研究内容

2 缸盖罩模态分析

2.1模态分析

2.2缸盖罩体的实验模态测试

2.3缸盖罩体的计算模态分析

2.4研发中的缸盖罩模态分析

2.5本章小结

3 缸盖罩振动以及辐射噪声预测

3.1缸盖罩振动预测

3.2缸盖罩辐射噪声预测

3.3本章小结

4 铝合金、镁合金、塑料缸盖罩NVH性能对比研究

4.1材料替换研究的提出

4.2缸盖罩模态对比

4.3缸盖罩振动频率响应对比

4.4缸盖罩辐射噪声对比

4.5材料对辐射噪声的影响分析

4.6本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献

附录

作者在攻读学位期间参与的项目研究