局部动态特性对于框架-板组合结构振声传递特性的影响机制研究

摘要

汽车车身结构的主要部件可以分为基础框架结构、板结构及相关附属结构，这些主要部件均可被视为由简单梁板子结构通过不同的连接方式组合而成，其中，基础框架与板结构是车身振动能量及低频噪声传递的重要路径。为了深入掌握实际复杂车体结构低频段振动噪声特性，本项研究依据白车身结构的振声传递机理，围绕局部特性参数对于框架-板组合结构整体振声特性的影响机制，开展了综合性的基于模态叠加方法的理论分析、基于有限元方法的仿真计算和相关的实验测试研究。
　　本文首先详细总结了弹性体弯曲振动及声辐射分析理论、简单组合结构的功率流传递理论和基于模态叠加方法的声固耦合特性理论，并依据经典理论计算了矩形薄板的振声响应，通过比较理论解析结果和有限元计算结果，验证了数例模型的正确性和有限元仿真的有效性。上述内容是本项研究分析框架-板组合结构及各子系统振声特性关键影响参数的理论基础。
　　根据梁板结构的模态叠加理论，本文深入探讨分析了局部特性改变（局部质量和声腔体耦合特性）对于矩形薄板振声特性的影响机理，通过解析方法计算了系统的动态响应特性和声辐射特性，并通过有限元振声计算软件及实验测试予以验证。理论及实验研究结果表明:相比于局部质量的位置变化，薄板结构低阶模态的振动和声辐射特性对局部质量大小的变化更为敏感，同时，与薄板结构耦合的声腔体尺寸越小，声固耦合的作用越显著。
　　以此为基础，本研究引入具有低模态密度特征的框架子结构，并建立了框架-板组合结构模型，通过有限元数值仿真的分析方法深入研究分析框架子结构、板子结构及其连接方式等局部特性参数变化对于组合模型的整体动力学特性的影响，并对于部分关键影响参数进行了实验验证。研究结果表明:板子结构及与框架上边框刚度变化对组合模型动力学特性影响最显著。
　　在组合结构动力学特性分析的基础上，为了进一步探究对于组合结构的结构声传递特性与各子系统间的影响关系，本文以框架结构作为激励源输入结构，薄板结构作为振动能量接收结构和主要噪声辐射源结构，根据导纳功率流理论和有限元仿真计算，并辅以实验测试方法，对比分析了局部特性对于框架处的输入功率流和板的振动能量响应（传递功率）的影响特性。研究表明:框架式筋板组合结构的功率流特性主要取决于框架结构，与之固联的板类结构起到振动修正的作用，且（加筋）板结构刚度越大，两者耦合作用越强，修正作用越明显。
　　本项研究为框架-板组合结构振声特性分析提供了一套较为完整的分析计算框架，部分研究成果将直接有助于理解和掌握实际复杂车体结构在工作过程中的振动噪声现象，并为汽车NVH优化与控制措施的提出提供有力的理论借鉴。
　　本项研究是在国家自然科学基金-高铁联合基金“高速列车轮轨减振降噪理论与方法研究”(U1434201)和国家自然科学基金“大型复杂组合系统参数不定性动态影响的量化研究”(51175300)及重庆长安汽车NVH国家重点实验室开放基金“车内噪声预计的关键理论研究及应用性探讨”(NVHSKL-201503)的共同资助下完成。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车身框架及单板振声特性研究

1．2．2 组合系统功率流理论研究

1．2．3 声腔-结构耦合理论研究

1．3 本文研究内容

第2章 结构振声特性与声固耦合特性分析理论

2．1 结构振动及声辐射计算的理论公式

2．1．1 结构的弯曲振动计算

2．1．2 结构表面的声辐射计算

2．2 组合结构功率流理论

2．3 声腔-结构声固耦合理论

2．4 本章小结

第3章 局部特性对于单板振声特性的影响分析

3．1 简单薄板结构的振声特性

3．2 局部质量对于板的振声特性的影响

3．2．1 局部质量-板结构振声分析模型

3．2．2 局部质量对单板振动特性的影响

3．2．3 局部质量对单板声辐射特性的影响

3．3 声腔体对于板的振声耦合特性的影响

3．3．1 声腔-板耦合系统分析模型

3．3．2 耦合系统有限元结果分析

3．4 实验测试研究及结果分析

3．5 本章小结

第4章 局部特性对于框架-板整体动力学特性的影响分析

4．1 框架-板组合结构理论分析模型

4．2 组合结构整体模态特性分析

4．2．1 系统的固有频率

4．2．2 组合系统的模态振型

4．3 局部特性对于组合结构动态特性影响分析

4．3．1 框架结构敏感参数分析

4．3．2 板结构敏感参数分析

4．3．3 框架与板连接特性的影响

4．4 实验测试及结果分析

4．5 本章小结

第5章 局部特性对于框架-板结构输入功率的影响分析

5．1 框架结构局部参数的影响

5．2 薄板结构局部参数的影响

5．2．1 薄板厚度的影响

5．2．2 加强筋刚度的影响

5．2．3 加强筋位置的影响

5．3 框架与板连接特性的影响

5．4 实验测试与结果分析

5．5 本章小结

第6章 局部特性对于框架-板结构传递功率的影响分析

6．1 框架结构局部参数的影响

6．2 薄板结构参数的影响

6．2．1 薄板厚度的影响

6．2．2 加强筋刚度的影响

6．2．3 加强筋位置的影响

6．3 框架与板连接特性的影响

6．4 实验测试与结果分析

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 研究内容总结

7．2 问题与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文