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汽车车身薄壁件阻尼复合结构振动—声学分析与优化

梁新华  
【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: 应用湿模态法对一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-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—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。


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