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《天津大学》 2018年
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柴油机结构与材料对辐射噪声心理声学参数影响的研究

陈子洋  
【摘要】:由于自身良好的动力性和较高的热效率等优点,柴油机在大型货车和工程机械等领域中得到了广泛地应用。然而在实际应用中,由于柴油机气缸内部燃料燃烧,同时零部件间相互碰撞,将会产生大量的噪声,因此柴油机是噪声污染中的一个重要噪声源。随着人们对听觉舒适性上的要求逐步提高,对于柴油机辐射噪声声品质的研究也在陆续开展。然而,现有的研究主要集中于试验研究,且关注柴油机结构与材料对于声品质影响的研究并不多见。据此本文以CAE模拟为主要手段,对柴油机表面辐射噪声声品质进行研究,以多项心理声学参数为评价指标,研究柴油机部件结构的改进与材料属性的变更对噪声声品质的影响。本文以某款直列六缸柴油机为研究对象,对柴油机各个部件的几何模型进行适当简化后划分网格得到柴油机整机有限元模型,并通过对比有限元模态分析结果与试验模态分析结果,验证了有限元模型的可靠性。基于多体动力学仿真软件AVL EXCITE Power Unit,在对柴油机和曲轴飞轮组的有限元模型进行模态缩减并设置各个部件之间的连接单元后,建立整机多体动力学仿真模型。将缸内压力作为原始激励,同时考虑活塞侧向力和主轴承作用力对的激励,进行柴油机整机多体动力学仿真,得到整机表面振动速度。根据柴油机有限元模型建立边界元模型和辐射声场模型,将柴油机表面振动速度仿真结果作为边界条件输入,在LMS Virtual.Lab Acoustics中通过直接边界元法对整机表面辐射噪声进行模拟,得到辐射噪声的声压级与声功率级模拟结果。结合多体动力学仿真结果进行分析,结果表明,该型柴油机表面辐射噪声的主要噪声源是油底壳、气缸盖罩和正时齿轮罩。分别单独对油底壳、气缸盖罩和正时齿轮罩进行结构优化改进和材料属性更改,随后重新进行整机多体动力学仿真和辐射噪声模拟,以响度、尖锐度、粗糙度等各项心理声学参数和语音干扰级作为评价指标,对比分析结构改进或材料属性变更后与原机的上述参数值的变化,研究柴油机部件结构改进与材料属性改变对整机辐射噪声声品质变化的影响。结果表明,局部结构的变化对语音干扰级的影响很小,但能够改善部分心理声学参数的值,然而单个柴油机部件的结构改进或材料替换不能够同时在多个指标上改善辐射噪声的声品质,要想有效改善整机噪声声品质,需要同时对柴油机整机多个部分进行结构优化或材料变更。同时,本文的研究也证明,通过CAE手段进行柴油机辐射噪声声品质的模拟研究也是可行的。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TK421.6

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