新能源汽车电机控制器盖板模态优化与振动噪声EI北大核心CSCD

新能源汽车驱动电机成为中国新能源汽车产业发展规划中的关键技术零部件,进而对车用电机的噪声、振动与声振粗糙度(noise,vibration and harshness,NVH)水平提出更高要求。分析了三合一电驱动总成噪声源和传递路径,并研究电机控制器盖板模态频率及刚度和电驱动总成噪声的关联性。然后建立电控盖板的模态优化求解模型,使用Hyperwork软件的Optistruct模块得到最优拓扑形态,指导电控盖板结构上增加环向筋和径向筋来提升模态频率和刚度。加筋优化后,电控盖板单体1阶自由模态频率从197 Hz增加到374 Hz,提高了89.8%,而2000 Hz以内的模态阶次数量从14个减少到9个,减少了盖板的共振次数。通过刚度和固有频率的关系式,可知优化后盖板刚度有明显增加。最后通过台架对照试验验证了电控盖板的优化可以减弱盖板的共振和受迫振动。从典型阶次噪声的阶次切片对比中,减速器一级齿轮21阶和二级齿轮13.16阶以及电机的24阶和48阶噪声对应的盖板振动加速度幅值降低3~7 dB,最终有效降低电驱动总成的噪声。     

基于FEM/BEM方法的缝纫机油盘低噪声设计研究

针对中捷某型缝纫机,建立了油盘的实体模型和有限元模型,利用HyperWorks—Optistruct进行了模态分析,获得结构的固有频率和振型特性参数。在此基础上,利用MSC.Patran/Nastran进行了频响分析,并将仿真结果与实验结果对比,验证了模型的有效性。通过拓扑优化和形貌优化对模型进行优化后,提高了油盘前5阶固有频率,避免了共振,且减小了表面振动速度,降低了辐射声功率。通过利用SYSNOISE对油盘进行边界元噪声辐射仿真分析,结果表明油盘辐射噪声值降低。最后,经整机振动噪声测试试验,证明减振降噪效果明显。本研究成果能有效提高油盘的结构刚度和降低振动幅度,最终改善缝纫机整机的结构辐射噪声。     

基于模态分析及优化设计技术的低噪声齿轮室罩的设计

通过各种噪声源识别方法,得出ZH1130单缸柴油机齿轮室罩的辐射噪声是其主要噪声源之一。通过频谱分析和模态分析获得其噪声辐射的关键模态,然后利用拓扑优化的方法对其内部的加强筋进行了重新设计及布置。优化目标是第1阶约束模态频率最大化,约束函数为整体质量约束,设计变量为室罩内部可设计区域。重新设计后,部件的第1阶约束模态频率提高了241Hz。最后,测量安装有新室罩的整机九点声压及表面振动速度,结果表明,表面振动速度曲线在关键模态频段上有明显降低,齿轮室罩侧第七点的声压级与原设计相比降低了1.2dBA。     

基于模态振型优化的真空凝壳炉减振设计方法

真空电弧凝壳炉属于特种材料铸造装备,离心浇铸过程中可能受到周期性激振力以及外部设备振动影响而诱发自身壳体共振,不仅影响铸件质量,而且会造成安全隐患。本文对某型真空电弧凝壳炉进行了模态分析,查明了局部设计不足是导致出现低阶局部振型的原因。通过补强结构,将一阶模态的频率从贴近工频频率的56.786Hz提升到较为安全的77.610Hz,振幅从3.540mm降低至0.323mm,模态振型优化方法实现了较好的减振设计效果。     

高速列车车体结构振动和车内声学特性分析

为了研究高速载客列车车体结构振动及车内声学特性，建立高速列车有限元模型，对全车体进行模态分析和轨道谱响应分析，并基于声与结构耦合对车体内腔进行声学模态分析。车体前200阶固有模态频率跨度为0.62～100.27 Hz，前6阶0.62～1.51 Hz为车身整体相对于转向架的低频振动，其余各阶为车身结构的弹性振动。当施加我国200 km/h等级提速线路通用轨道谱激励时，体振动在0～2.00 Hz的低频有较大响应。车体内腔前200阶声学模态频率跨度为0～126.66 Hz，在20～100 Hz之间模态比较密集。     

后悬下控制臂多学科多目标轻量化设计

针对某后悬下控制臂的轻量化问题,首先采用有限元方法对该下控制臂进行模态性能分析,分析结果表明其前第1阶模态频率和第2阶模态频率均大于轮胎的激励频率,满足模态性能要求。然后采用多点激励多点响应方法对该下控制进行模态试验,试验结果表明其模态频率的仿真值与试验值基本相同。再基于后悬架系统动力学模型提取该下控制臂连接点分别在后制动、跳动和转弯时的载荷,并且据此对其进行强度性能分析,分析结果表明其在3种典型工况下的应力均低于其材料屈服强度,符合强度性能要求。又采用多学科多目标平台对该下控制臂的结构参数进行优化分析,分析结果表明优化之后其前两阶模态频率值基本不变,其强度性能够满足设计要求,并且其总重量有所减轻,达到了轻量化的目的,最后对其优化方案进行实车验证,验证结果表明其具有较高的可靠性。     

超长拉索多模态控制的黏滞阻尼器参数优化研究

苏通大桥500m级斜拉索的振动响应实测表明：超长拉索可能存在剧烈的高阶涡振,且发生风雨振的模态阶数也远高于传统中、短索。传统的控制斜拉索前若干阶模态的黏滞阻尼器参数优化方案无法满足超长索的高阶模态振动控制要求。为此,对拉索-黏滞阻尼器系统高阶模态的附加模态阻尼比及最优阻尼系数进行了推导;再以模态阻尼比为控制指标,研究了适用于控制超长拉索多模态振动的阻尼器参数方案,并与传统前若干阶模态控制方案进行了分析对比。研究表明：相邻的较低阶模态对应的最优阻尼系数之间差别巨大,导致阻尼器按照控制前几阶模态进行参数设计时,控制效果随着模态阶数的提高而急剧下降;而随着模态阶数的提高,相邻模态对应的最优阻尼系数之间差别将减小。若不考虑对第1,2阶模态的控制,从第3 阶模态开始考虑（即ζ3≥ζmin）设计阻尼器参数,阻尼器对超长拉索控制的模态范围能够被大幅扩大。     

基于阻尼层拓扑优化的车内噪声控制

首先建立了某车型声振耦合分析模型,并分析计算了车内噪声性能,获知了噪声异常峰值频率。接着对模态贡献量进行分析,确定了对车内噪声贡献量最大的模态阶次及其振型。然后以该阶模态振型最大节点处的频率响应最小化为优化目标,对车身壁板的阻尼层布局进行拓扑优化。最后,经过计算验证结果表明,优化方案使车内前、后排噪声下降10dB(A)以上。上述研究表明,该阻尼层优化方法可作为一种有效的车内噪声控制手段。     

基于多普勒激光测振仪的Ⅲ型弯张换能器振动模态分析

为了测量和验证Ⅲ型弯张换能器在工作状态时辐射面的振动情况,采用多普勒激光测振仪对Ⅲ型弯张换能器的振动模态进行了测量,并与有限元软件仿真结果进行了对比。测量得到换能器壳体的一阶振动模态的谐振频率为1729 Hz,换能器一阶振动模态的谐振频率为2 065 Hz,与有限元模态仿真结果吻合较好。研究结果表明,多普勒激光测振仪能较好地对换能器的振动模态进行测量,可用于换能器的辅助设计。     

Rayleigh阻尼系数解法比较及对结构地震反应影响

Rayleigh阻尼是一种广泛采用的正交阻尼模型。针对一个直径90m,高15m的穹顶结构,分析比较了四种方法(传统方法、最小二乘法、基于多参考振型的加权最小二乘法和基于结构位移峰值误差优化法)所得Rayleigh阻尼系数对结构地震反应计算精度的影响。四条地震波的分析结果表明:基于结构位移峰值误差的优化方法对于结构位移等以低阶模态控制的动力反应量计算精度最高;传统方法存在选择合适第二阶参考频率的难题;而最小二乘法不是计算Rayleigh阻尼系数的合理方法。当结构的显著贡献模态多且不同动力反应相关显著贡献模态的频率有巨大差异时,Rayleigh阻尼模型将无法构造兼顾低阶模态和高阶模态计算精度的阻尼矩阵,此时需要采用更多阶模态的阻尼比等于精确值的阻尼矩阵构造方法。     

发动机油底壳的噪声分析及结构优化

油底壳表面辐射噪声占发动机总辐射噪声的20 %左右,已成为降低发动机噪声的重要制约因素。以铸铝油底壳为例用有限元模型计算约束模态,并对结果进行综合性分析,识别出油底壳的结构薄弱位置。然后采取加筋,和底部进行形状上的结构优化,得到一种油底壳的最佳结构设计方案。经计算优化后的油底壳,第一阶约束模态频率提高了56 %,且在2 000 Hz内的阶数减少了3阶。最后通过实验测试对比表明：发动机整机1 m声压级均值,在油底壳优化后,由原来的76.7 dB(A)降到75.6 dB(A),降低了1.1 dB（A）,有一定的效果。     

发动机机油盘自由模态分析及试验验证

机油盘是发动机的关键部件之一,在发动机工作的影响下机油盘会产生复杂的振动,是发动机噪声的主要来源之一。因此,降低机油盘的振动和噪音是降低发动机辐射噪音和总体噪音的重要环节。对机油盘进行有限元分析建模,利用Hyper works软件计算求解,得到机油盘前十阶的固有频率。利用试验模态分析获得机油盘的试验频率,并对比机油盘仿真频率与试验获得的自由模态频率,验证了有限元计算结果的精确性。     

车用CFRP油底壳的结构与制造工艺并行优化设计

为实现碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）油底壳的替代与制造,结合复合材料铺层可制造性分析软件FiberSim与铺层结构优化模块Optistruct,对CFRP油底壳开展了结构与制造工艺并行优化设计。参照CFRP壳体类零件的成型过程,采用FiberSim软件制定了满足制造工艺要求的CFRP油底壳铺覆方案。并在此基础上,分别以CFRP油底壳刚度最大、质量最小为优化目标,以振动模态、制造工艺要求为约束,采用Optistruct模块对CFRP油底壳的铺层结构进行优化设计。经仿真分析验证,制造工艺调整后的CFRP油底壳满足各项替代要求,且CFRP油底壳的质量较原金属油底壳减小了56.7%。所提出的结构与制造工艺并行优化设计方法可较好地兼顾结构特征、复合材料设计及制造工艺要求,为复合材料产品的优化设计提供了参考。     

发动机油底壳的辐射噪声分析及结构优化

油底壳表面辐射噪声占发动机总辐射噪声的24 %左右,已成为降低发动机噪声的重要制约因素。为了降低某油底壳的辐射噪声,通过有限元模型,计算其约束模态,找出油底壳的薄弱位置;进而施加由试验测得的激励,计算油底壳的表面振动加速度。在此基础上,采用边界元法对其进行辐射噪声总声功率级的计算;根据计算结果,对该油底壳进行结构优化,并预测结构优化后的辐射噪声水平。通过优化前后的对比表明：结构优化后约束模态频率有很大的提高,振型也有明显变化,总声功率级降低了1.83 dB (A)。     

内燃机结构冲压件的低噪声设计研究

为了降低发动机结构冲压件的辐射噪声,运用形貌优化的方法,提高结构刚度来达到降噪的目的。以某发动机油底壳为研究对象,建立了薄壁结构的有限元实体模型。以某阶固有频率的最大化为设计目标,寻找最佳的加强肋分布,以及最小肋宽和起肋角,以提高结构刚度,减小其表面辐射噪声。同时,在形貌优化结果的基础上,结合冲压结构加工工艺性要求提出了改进方案。     

电脉冲对铸态高韧性球墨铸铁凝固组织及性能的影响

对铸态高韧性球墨铸铁QT400-18的凝固过程进行电脉冲处理,电脉冲参数为电压2 600 V,频率0.88 Hz,电容200μF,处理时间15min。通过对比试验可知:电脉冲处理可使铸铁的过冷度相比未处理的升高12K,改善了石墨形核和生长的动力学条件,从而使球状石墨的粒径减小,石墨球数量增加。铸铁经过电脉冲处理,球化率由未处理的平均80%提高到平均91%,石墨球数由平均172/mm~2提高到209/mm~2,石墨不易变态生长,圆整度得到改善。同时,球墨铸铁的凝固组织得到了改善,铁素体数量增加,达到83%,相比未电脉冲处理的试样提高了26.6%,铁素体晶粒小于未处理试样,基体中分布的珠光体数量和片层间距减少,在抗拉强度符合要求的条件下,伸长率提高了4.89%,-233K的冲击功Akv提高了3.56J。     

发动机油底壳的低噪声结构设计

对某铸铝油底壳进行有限元建模,计算其自由模态,并采用有限元法和边界元法相结合的方法对其进行振动和表面辐射噪声的预测计算,得到其表面振动速度和总声功率级。对原油底壳侧面大面积平板部位进行加筋,在底部进行形状上的修改,并预测改进后结构的振动和辐射噪声水平。通过改进前后的对比表明：结构改进后自由模态频率有很大的提高,振型也有显著变化,振动幅值有所降低,总噪声水平降低3.1 dB。     

Mars analysis by laser-induced breakdown spectroscopy (MALIS): influence of mars atmosphere on plasma emission and study of factors influencing plasma emission with the use of doehlert designs

A project called MALIS (Mars Analysis by Laser-Induced breakdown Spectroscopy) is under progress to perform in situ analysis of Mars soils and rocks. This paper reports on the behavior of plasma in Martian conditions, i.e., in a CO2 atmosphere at pressures between 5 and 12 mbar. Plasma expansion and lifetime have been studied in order to compare plasma evolution under standard conditions (air at atmospheric pressure) and in a Mars atmosphere. We have shown that the Mars environment favors plasma expansion and lifetime. The second part of the study concerns optimization of the emission signal from the plasma. An original approach has been chosen, as we used a Doehlert design for the first time in laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). The best conditions obtained are for a laser wavelength of 1064 nm with the maximum energy available due to space limitations, which is 40 mJ at 15 Hz. The other factors studied are delay, angle of incidence, and CO2 pressure. We have shown that these factors do not have the same influence depending on which spectroscopic line is used, i.e., the atomic line or the ionic line.     

柴油机油底壳辐射声场的仿真研究

采用有限元与边界元联合求解的方法进行了柴油机油底壳辐射声场的仿真研究,利用ANSYS软件进行了油底壳的谐响应分析为SYSNO ISE软件的边界元法声场模拟提供边界条件,计算结果与实验结果的高度一致表明该方法是完全可行的,并且可以为低噪声设计提供指导。     

滑动轴承动态油膜压力的实时测量方法研究

针对滑动轴承的动态油膜压力的实时直接测量,设计一种滑动轴承动态油膜压力实时测量系统。分析聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜传感器的工作原理,实验测定了传感器的性能特点,并设计相应的信号调理方法和信号显示软件编制。通过将PVDF压电薄膜传感器安装于Bently转子实验台的滑动轴承中,实时测量转子作用在轴承上的动态压力,讨论分析了动态压力信号。实验表明,PVDF压电薄膜具有较好的灵敏度、稳定性及重复性,能够有效地获得动态油膜压力信号,可应用于滑动轴承动态油膜压力的实时测量。