基于有限元功率流的整车振动与噪声分析

摘要

车辆舒适性是衡量一款车型能否立足于市场的关键因素，它主要通过车身振动与车内噪声两个指标进行评价。动力总成和行驶路面是车辆的主要激励源，经过多个底盘件和隔振元件在多个方向进行能量传递，最后输入到车身结构引起薄板件振动，耦合车内声腔将形成低频噪声峰值，影响乘客的舒适性。所以，减小输入至车身的振动能量和控制薄板件的振动是提升车辆振动与噪声性能的重要途径。
　　本文以某款轿车的低频噪声为基础，从车辆振动系统中激励源系统产生能量、隔振系统衰减能量与响应结构辐射噪声3个阶段出发，结合振动功率流理论，编写相应程序控制有限元求解过程，形成子结构频率响应分析方法；从能量的角度研究车辆系统的多维振动传递特性，并在衰减能量与辐射噪声2个阶段进行调整和控制，实现整车振动与噪声性能的提升。研究结果表明：相比传统频率响应分析，子结构频率响应分析方法在很大程度上缩短了整车振动与噪声模型的求解时间。主要研究工作和创新在于以下4方面：
　　①振动系统多维传递路径功率流研究。结合子结构建模和功率流理论，提出子结构有限元频率响应分析模型，并以简支梁结构和简易车辆模型为例，进行振动特性、声学特性以及功率流特性研究，对比传统有限元求解结果验证了该方法的准确性。
　　②基于子结构功率流的整车振动与噪声分析和控制。针对研究车型，离散整车有限元网格，分别建立了车身和底盘子结构振动模型，应用子结构频率响应分析方法研究了车辆系统多维振动能量的传递特性，量化并辨识了各传递路径对车身振动的贡献度，通过调整隔振参数减小输入功率，优化了车内噪声；
　　③子结构频率响应分析的时效性运用。该方法能有效地保留各个子结构的频率响应函数矩阵，在优化分析中无需反复运算没有修正的子结构模型，提高了分析效率。尤其是子结构间的隔振参数调整，最多可减少98％的计算时间。
　　④声学贡献量的工程应用。结合实际车型，针对车身结构危险传递路径，利用声学贡献量对结构模态的响应敏感度进行排序，进而优化车身结构和声辐射特性。最后，考虑实验可行性提出动力吸振器优化方案，从仿真预测和实验测试两个方面验证优化方案对车内噪声的影响，改善效果明显。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文主要研究内容

第2章 多维振动系统的子结构能量传递特性分析

2.1 多维振动系统模型

2.2 多维振动传递系统功率流计算

2.3 简支梁振动功率流实例分析

2.4 简易车辆振动系统实例分析

2.5 本章小结

第3章 整车振动与噪声模型建立与分析

3.1 整备车身模型建立与分析

3.2 声腔模型建立与分析

3.3 底盘总成模型建立与分析

3.4 整车振动与噪声分析

3.5 本章小结

第4章 整车振动传递路径分析与控制

4.1 基于子结构功率流的传递路径分析模型

4.2 整车振动传递路径功率流分析

4.3 结构改进与效果验证

4.4 子结构法计算时效

4.5 本章小结

第5章 车身结构声辐射分析与控制

5.1 车身声学贡献量分析

5.2 车身结构优化与验证

5.3 本章小结

第6章 整车振动与噪声实验测试

6.1 振动与噪声实验系统建立

6.2 振动与噪声实验流程

6.3 振动与噪声实验结果

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文