某皮卡车身结构NVH性能仿真分析与控制

摘要

随着汽车行业的高速发展，汽车噪声与振动性能是衡量汽车品牌质量好坏的一项非常重要的指标。国家和政府部门对汽车噪声污染的控制越来越严格，消费者对汽车驾驶和乘坐舒适度的需求越来越高。政府和顾客这两股力量使得汽车企业越来越重视汽车噪声与振动性能的改善，并把它作为新车上市的亮点。因此，积极开展汽车噪声与振动性能的研究，对提升汽车企业的品牌竞争力和自主创新能力都有着十分重要的意义。
　　本文研究课题来自于企业某新款皮卡车的车身结构NVH开发项目。针对皮卡车在车身结构NVH开发过程中出现的工程实际需求，以车身结构NVH目标体系为指南，利用结构振动力学等学科理论，模态分析、车身结构灵敏度分析、板块声学贡献量分析等工程理论，结合结构有限元、声学有限元、声振耦合有限元、计算多刚体系统动力学等CAE仿真分析技术，以及基于Isight平台的多目标优化技术，对白车身和内饰车身的各项结构NVH性能进行CAE仿真分析和控制研究。最终成功使得各项车身结构NVH性能达到预期制定的目标要求，有效地控制了该皮卡车的车内结构噪声与振动。本文的主要研究内容和成果如下。
　　1.建立白车身有限元分析模型，分别进行白车身的结构模态、弯曲刚度、扭转刚度以及接附点原点动刚度分析。分析结果表明：弯曲刚度达到白车身级的NVH目标要求；结构模态和扭转刚度未达到目标要求，需要对其进行多目标优化；而接附点原点动刚度也未达到目标要求，最终通过改进连接点部位的结构对原点动刚度进行控制。
　　2.针对白车身的结构模态性能、弯曲刚度和扭转刚度性能、轻量化性能进行基于Isight平台的多目标优化分析：首先通过参数试验设计和灵敏度分析进行初始设计变量的筛选，其次利用最优拉丁超立方试验设计采集足够的样本，之后采用最小二乘法建立满足拟合精度要求的响应面近似模型，最后使用AMGA存档微遗传算法进行白车身多目标优化分析。优化后，白车身的各项结构振动性能均达到目标要求，白车身总质量也有所下降。
　　3.建立内饰车身和声腔有限元分析模型，分别进行内饰车身的结构模态、声腔模态、VTF以及NTF分析。分析结果表明：除了NTF，其他各项性能均达到内饰车身级的NVH目标要求，需要通过抑制车身关键板件的结构振动和声辐射对NTF进行控制。
　　4.使用Matlab和ADAMS/Car建立RDF三维随机路面模型和整车多刚体动力学模型，执行基于控制文件驱动事件的整车动力学仿真分析，提取并经过傅里叶变换得到车身与车架连接处的路面激励频谱。使用Virtual.Lab Acoustics模块对路面激励作用下的车内结构噪声进行仿真分析预测，分析结果表明：车内结构噪声性能没有达到目标要求，需要通过抑制车身关键板件的结构振动和声辐射对其进行控制。之后进行基于ATV法的板块声学贡献量分析，寻找出对车内噪声水平贡献比较大的车身板件。最终通过改进关键板件的结构对车内结构噪声性能进行控制，并且经过分析验证，内饰车身NTF性能也达到目标要求。

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第一章 绪论

1.1本课题的研究背景

1.2车身结构NVH开发概述

1.3车身结构NVH的国内外研究现状

1.4本课题的主要研究内容及技术路线

第二章 车身结构NVH性能和目标体系

2.1车身整体结构NVH性能

2.2车身局部结构NVH性能

2.3车身结构灵敏度性能

2.4车身结构NVH目标体系

2.5本章小结

第三章 驾驶室白车身结构NVH性能仿真分析与控制

3.1结构有限元法理论

3.2驾驶室白车身有限元模型的建立

3.3驾驶室白车身结构模态分析

3.4驾驶室白车身整体刚度分析

3.5驾驶室白车身接附点原点动刚度分析与控制

3.6本章小结

第四章 基于Isight的白车身振动性能与轻量化性能多目标优化

4.1基于参数试验设计和灵敏度分析的设计变量筛选

4.2基于最优拉丁超立方试验设计的样本采集

4.3基于最小二乘法的响应面近似模型的建立

4.4基于响应面近似模型的白车身多目标优化

4.5本章小结

第五章 驾驶室内饰车身结构NVH性能仿真分析

5.1声学有限元法理论

5.2驾驶室内饰车身结构模态分析

5.3驾驶室声腔模态分析

5.4驾驶室内饰车身VTF分析

5.5驾驶室内饰车身NTF分析

5.6本章小结

第六章 基于路面激励的驾驶室车内结构噪声分析预测与控制

6.1基于ADAMS/Car的整车动力学仿真分析及路面激励的提取

6.2基于Virtual.Lab Acoustic的车内声振耦合响应分析与分析结果评价

6.3驾驶室车内结构噪声性能的控制

6.4本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文