汽车车身薄壁件阻尼复合结构振动-声学分析与优化

摘要

乘用车朝着高速化、轻量化发展,由此带来的噪声问题变得越来越突出,直接影响着乘坐的舒适性.另一方面,随着人们对舒适性的要求不断提高,汽车的NVH(Noise噪声,Vibration振动,Harshness平顺性)特性越来越受到汽车厂商的高度重视,因此,有效减少振动和噪声已成为汽车结构设计的一个重要目标. 本文以数值仿真方法为主,理论与试验方法为辅,对车身声固耦合系统和薄壁件阻尼复合结构的振动-声学特性进行了研究.重点分析了汽车薄壁件阻尼复合结构的建模方法及其在外部激励下的振动和声学响应,寻找结构参数对其振动-声学性能的影响规律,并优化结构的参数组合.具体进行了以下研究: 应用湿模态法对-具体乘用车车身声固耦合系统进行了数值仿真研究,分析了车身与内部声腔的模态特性,以及系统受到发动机激励时内部声腔的声压响应.薄壁件是汽车车身的重要组成部分,车室内的大部分声能是由车身壁板辐射的,针对声压峰值贡献较大的车身壁板进行振动控制,可以达到事半功倍的降噪效果.因此针对驾驶员耳部的声压最大值进行了壁板贡献度分析,找出产生声压峰值的关键壁板,有针对性地进行结构修改. 为了提高利用数值仿真方法预测阻尼减振降噪效果的准确性,对粘弹性阻尼复合板结构的阻尼特性建模进行了研究.为了考虑阻尼材料损耗因子随频率变化的特性,提出采用修正模态应变能法描述阻尼复合结构的阻尼特性,仿真结果与实验结果吻合得很好.这说明本文所提出的修正模态应变能法对阻尼复合结构建模是可靠、准确的. 研究了阻尼复合板结构的尺寸和材料参数对其阻尼和声学特性的影响.通过对阻尼结构材料参数、几何和形状参数的定性分析得出在一定范围内增加阻尼层的厚度能大大改善结构的振动和声辐射性能,但在重量和模态频率的约束下,存在使结构振动-声学特性最优的结构参数组合.研究了利用基于近似思想的响应面法进行阻尼复合结构振动一声学分析与优化设计的主要原理和关键技术.在解决可行域内多目标响应面模型寻优问题时,提出采用内罚函数法将多目标函数优化问题转化为无约束优化问题,并实现设计的多解.研究表明,通过建立响应面模型进行车身结构声辐射分析和优化,可以克服传统优化设计方法一梯度法很难直接应用于降噪优化设计的困难.优化结果表明,合理的结构参数搭配能够较大幅度地降低阻尼复合结构的振动和声辐射.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2车内噪声产生机理与控制方法

1.3研究现状

1.3.1阻尼结构建模研究

1.3.2结构振动-声学数值仿真研究

1.3.3结构振动-声学优化设计研究

1.4论文的主要内容和安排

第二章车身声固耦合系统振动-声学数值仿真分析

2.1声场分析的理论基础

2.2乘用车模态分析

2.2.1车身结构模态分析

2.2.2声腔模态分析

2.2.3声固耦合系统模态分析

2.3湿模态法计算声固耦合系统频率响应

2.4壁板声学贡献度计算

2.5小结

第三章薄板阻尼复合结构阻尼特性建模

3.1粘弹性阻尼复合结构建模方法比较

3.1.1复刚度法

3.1.2直接频率响应法

3.1.3模态应变能法

3.1.4数值算例

3.2基于修正模态应变能法的阻尼复合结构建模

3.3粘弹性阻尼复合结构振动特性实验研究

3.3.1实验模型与装置

3.3.2模态分析

3.3.3频率响应分析

3.4 小结

第四章汽车薄壁件阻尼复合结构的振动-声学特性研究

4.1基于边界元法的声辐射计算

4.1.1间接边界元法声场分析

4.1.2声学物理量的计算

4.2汽车薄壁件阻尼复合结构声辐射特性分析

4.3结构参数对薄壁件阻尼复合结构振动-声学特性影响

4.3.1金属板厚度的影响

4.3.2金属板材料特性的影响

4.3.3阻尼层厚度的影响

4.3.4阻尼材料特性的影响

4.3.5阻尼层布置位置的影响

4.4小结

第五章基于响应面法的阻尼复合结构振动-声学分析与优化

5.1响应面法基本原理

5.2阻尼复合结构振动-声学分析响应面建模

5.2.1阻尼复合结构振动-声学分析数学模型定义

5.2.2中心组合试验设计

5.2.3最小二乘法拟合响应面

5.2.4响应面模型的方差分析与显著性检验

5.3基于响应面模型的阻尼复合结构振动-声学分析

5.4响应面模型的最优解分析

5.4.1响应面模型的稳定点分析

5.4.2基于内点罚函数法的多目标响应面模型的寻优

5.4.3结构优化后乘员室声压响应分析

5.5小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文