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简单腔体内部声场分析研究

李志波  
【摘要】: 随着汽车工业的发展,特别是由于近十几年以来的汽车大功率化、高速化、轻量化的发展,汽车噪声问题已引起国内外相关部门的高度重视。目前如何改善车辆内、外部声学环境,降低车内噪声水平,提高车辆乘坐舒适性已经成为汽车研究的热点问题之一。本文结合统计能量法理论、有限元、边界元理论对一个简单腔体在受到强迫振动时其内部声场特性进行了全频率内的分析研究,本文的主要研究内容和创新点表现如下: 在统计能量法方面,首先根据统计能量法原理,建立了简单腔体的模型,推导了腔体内部声场特性方程,并计算了其在高频段一频率点的响应值。然后通过基于统计能量法的分析软件在全频率范围内对腔体内部声场特性进行了仿真分析,通过对比仿真分析结果、计算值和以往的试验值。结果表明:统计能量法适合高频范围内的振动、噪声分析研究,在低频范围内计算出的结果误差很大,甚至是不正确的;腔体外壁与内部流体间的耦合损耗因子对声场响应的影响很微弱。 在有限元方面,建立了基于有限元的腔体模型,推导了腔体内部流体-外部结构的流-固偶合模型方程。通过基于有限元法的分析软件分析了腔体内部的声场特性。分析结果表明:由于有限元法计算的结果是指定点(场点)在不同频率下的响应,通过几个不同场点的计算结果的比较可知,它们都存在很大的差异;在计算场点结果之前,有限元法必须计算所有的节点的响应,因此需要很大的计算能力和储存空间;有限元法在低频范围内的计算分析结果是非常准确的,能精确的反应出响应的共振频率点以及响应的幅值,但是随着计算频率的增加,其计算成本显著增加,且计算结果的可靠性越来越差。 通过边界元的计算结果分析,其适用范围也是低频范围。但是边界元法用二维单元计算代替了有限元的三维单元计算,大大降低了计算性能的要求,其计算结果与有限元计算结果的误差在1%以内,所以在计算封闭声场的噪声问题时,边界元法比有限元法更合理。 在1/3倍频程频段内获得全频率下的腔体内部声场特性,为研究实际工程中的模型提供参考,为方便分析实际系统中各种因数对响应的影响打下了基础。


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