基于声固耦合模型的商用车驾驶室结构噪声分析与控制

摘要

随着人们对汽车舒适性要求的不断提高，汽车的NVH特性越来越受到汽车厂商的高度重视，有效减少车内噪声已成为汽车结构设计的一个重要目标和提高其市场竞争力的重要手段。而重型商用车工作环境复杂多变，路面条件恶劣，行驶过程中，车身结构尤其是驾驶室在各种振动源的激励下会产生强烈的振动和噪声，严重影响了驾驶员的声学舒适性，极易导致驾驶疲劳和身体不适，造成错误的判断甚至引发事故。因此，改善重型商用车驾驶室的声学环境，降低驾驶室的车内噪声水平无论从经济价值或社会效益方面都具有重要的意义。
　　 本文以某款重型商用车驾驶室为研究对象，应用有限元数值分析、边界元法和声学CAE等先进技术，并结合实车工况试验，对驾驶室结构特性及内部噪声进行了分析，研究其影响因素和控制措施，从而提高其车内噪声品质;另一方面，也试图提出一套完善的车内结构噪声预测分析与控制方法，进一步完善汽车结构噪声控制理论和方法。本文主要研究内容如下:
　　 1、根据道路试验测试获得了车身激励和声压响应信号，并对信号进行了预处理、频谱校正、频谱分析和相关性分析等，为后续的CAE分析提供了数据。
　　 2、建立驾驶室白车身有限元模型，进行自由模态分析和试验模态分析，了解该车身结构各主要组件的动态特性;建立声腔和声固耦合有限元模型，进行声腔模态和耦合模态分析，得到驾驶室声学模态特性;应用有限元动态分析技术，基于实车工况试验数据对驾驶室车身结构进行多工况频率响应分析，验证有限元模型的有效性和得出驾驶室结构的主要振动板件。
　　 3、分别在四个悬置位置施加单位激励，基于耦合声场动态响应分析方法建立驾驶室声学传递函数;基于试验测试激励，分别利用有限元法和边界元法进行驾驶室声学场点声学响应分析和试验验证;对车内声学特性进行分析，找出声学响应峰值频段。
　　 4、针对峰值频段，对驾驶员右耳场点声压进行板件贡献度、结构和声学模态参与因子分析;根据分析结果，从关键部件的板厚、形貌优化和阻尼处理三个方面对驾驶室结构进行优化和降噪处理;最后通过驾驶室声学仿真，证明本文的分析和优化在改善驾驶室内声学特性的有效性。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 驾驶室结构噪声控制研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 驾驶室结构噪声研究方法

1．4 本文主要研究内容

第2章 驾驶室噪声分析及工况实验

2．1 驾驶室噪声产生机理分析

2．1．1 车身振动与结构噪声

2．1．2 空气噪声

2．1．3 声腔共鸣

2．2 驾驶室噪声控制

2．2．1 驾驶室噪声控制方法

2．2．2 驾驶室噪声控制流程

2．3 驾驶室结构噪声实车工况试验与信号分析

2．3．1 道路试验与信号采集

2．3．2 信号预处理

2．3．3 频谱校正

2．3．4 振动与噪声相关性分析

2．4 本章小结

第3章 驾驶室模态和频率响应分析

3．1 驾驶室限元建模

3．1．1 声学有限元基本理论

3．1．2 驾驶室白车身建模

3．1．3 驾驶室声腔有限元建模

3．1．4 声固耦合有限元建模

3．2 模态分析

3．2．1 白车身结构模态分析

3．2．2 白车身模态试验分析

3．2．3 声腔自由模态分析

3．2．4 声固耦合模态分析

3．3 驾驶室结构振动频率响应分析

3．3．1 频率响应分析简介

3．3．2 40km／h工况结构振动频率响应分析

3．3．3 60km／h工况结构振动频率响应分析

3．4 本章小结

第4章 基于FEM／BEM驾驶室声场动态响应分析

4．1 耦合声场动态响应分析理论及方法

4．1．1 耦合声场动态响应分析理论

4．1．2 耦合声场动态响应分析方法

4．2 驾驶室噪声传递函数

4．2．1 边界条件及内饰吸声属性定义

4．2．2 驾驶室噪声传递函数分析

4．3 驾驶室声场噪声预测与分析

4．3．1 载荷激励

4．3．2 基于FEM的驾驶室声学响应分析与验证

4．3．3 基于BEM的驾驶室声学响应分析与验证

4．4 本章小结

第5章 驾驶室结构噪声控制

5．1 驾驶室板件贡献度分析

5．1．1 板件声学贡献分析原理

5．1．2 驾驶室板件声学贡献分析

5．1．3 结构声学模态参与因子分析

5．2 基于代理模型的板厚优化分析

5．2．1 板厚优化设计模型的建立

5．2．2 径向基函数响应面模型的建立

5．2．3 基于遗传算法的优化模型求解

5．3 基于形貌优化的结构优化分析

5．4 驾驶室阻尼降噪处理

5．5 驾驶室优化结果比较分析

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间发表的论文