多物理场耦合激励下的高铁车内中频噪声计算

采用混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)理论搭建某高速列车车厢的中频声学模型,考虑内饰件的声学性能,研究整备车厢的车内噪声.提出多物理场耦合激励下的高速列车车内结构辐射噪声计算方案,分别采用快速多极边界元、刚性多体动力学和大涡模拟结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声类比法提取了350km/h下的轮轨噪声、二系悬挂力和空气动力噪声,将这些激励源耦合后作用在列车混合模型上,计算200~1 600 Hz内的车内噪声.在相同车速下,选取车内中心距离地板1.2m高度处的仿真与试验声压级进行对比,结果显示2条曲线的变化趋势基本一致,声压级总值相差2.7dB,误差符合工程要求,验证了列车中频声学耦合模型及多物理场耦合激励的精度.     

多物理场耦合激励下的高铁车内中频噪声计算

采用混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)理论搭建了某高速列车车厢的中频声学模型,考虑了内饰件的声学性能,从而研究整备车厢的车内噪声.提出多物理场耦合激励下的高速列车车内结构辐射噪声计算方案,分别采用快速多极边界元、刚性多体动力学和大涡模拟结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声类比法提取了350km/h下的轮轨噪声、二系悬挂力和空气动力噪声,将这些激励源耦合后作用在列车混合模型上,计算了200~1 600Hz内的车内噪声.在相同车速下,选取车内中心距离地板1.2m高度处的仿真与试验声压级进行对比,结果显示2条曲线的变化趋势基本一致,声压级总值相差2.7dB,误差符合工程要求,验证了列车中频声学耦合模型及多物理场耦合激励的精度.     

基于能量有限元方法的声腔内部噪声预测

为了预测声腔内部噪声,基于能量有限元方法(EFEA)建立了声腔-平板-声腔的EFEA耦合模型,对声腔内部噪声进行了数值计算。建立了声腔-平板-声腔的统计能量分析(SEA)模型,并将EFEA模型的预测结果与SEA模型的预测结果进行了对比。结果表明,二者具有较好的一致性。建立了声腔-前风挡玻璃-声腔的EFEA耦合模型和SEA耦合模型,分别对EFEA和SEA模型的外侧声腔响应进行了仿真分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,EFEA预测结果与SEA预测结果以及试验结果均吻合良好,充分显示了本文所建立的声腔-前风挡玻璃-声腔EFEA模型对声腔内部噪声预测的准确性。     

乘用车车内低频噪声降噪设计

车内低频噪声的控制一直是汽车行业NVH控制的难点。作者提取某款A级车车内声腔进行声场声学特性分析并以发动机作为激励源进行实验,发现车内噪声与声腔声场特性之间具有强相关性,提出引入亥姆霍兹共振腔改变车内声场声学特性,通过控制共振峰幅值实现车内低频噪声控制,对共振腔形式及尺寸参数进行优化后提出了一套车内共振腔设计优化方案,采用路噪测试的方法验证了方案的可行性。结果表明,在某A级车内使用优化后的亥姆霍兹共振腔能降低车内的70Hz以下的低频噪声。     

轿车驾驶舱噪声的测试与分析

为研究某大众汽车内部中高频噪声,通过对汽车行驶时车身振动加速度的测试,选取具有代表性的车身部件建立了整车SEA模型,计算了模型的基本参数和激励输入。对统计能量分析法得出的数值仿真与试验结果转换成系统相关响应,对得到的相同物理量进行对比,验证了SEA模型的准确性;获取声腔噪声仿真数据,观察噪声在各频段内的变化,并对驾驶座声腔的功率流分析,得到了对车内噪声贡献较大的子系统,进一步分析找到汽车室内隔声作用较弱部位,可为设计低噪汽车提供有效依据。     

工程车辆驾驶室声学特性预测研究

建立某型工程车辆驾驶室的结构有限元模型、空腔声学有限元模型。对驾驶室结构和室内空腔声场进行模态分析,得到结构振动特性和声学特性。计算分析驾驶室声一结构耦合模型在特定频率激励下的噪声分布情况,同时考虑吸声材料对驾驶员耳旁声压级值的影响,总结出在新车型开发阶段进行车内噪声预测和控制研究的有效方法。     

双声学共振腔体蜗舌降低离心式风机噪声的研究

论述了双声学共振腔体蜗舌降低离心式风机噪声的新方法,进一步提出了双声学共振腔体蜗舌的解析模型。经实验验证,当采用双声学共振腔体蜗舌时,可降低基频噪声２５．２ｄＢ（Ａ）。降低一次谐波噪声１６．３ｄＢ（Ａ）,总声压级下降９．７ｄＢ（Ａ）,比单声学共振腔体蜗舌总声压级多下降３．４ｄＢ（Ａ）,风机劝力性能基本不受影响。     

车内低频噪声声固耦合及试验优化设计

利用某国产轿车的声固耦合有限元模型对车内低频噪声进行了预测、分析和优化,并通过实车道路试验得到动力总成悬置激励、路面通过悬架传递到车身的激励以及驾驶员耳旁声压级响应。将测得的激励施加于模型中的相应位置进行频率响应分析,并预测车内低频噪声。从预测结果与试验结果的对比可以看出,二者具有较好的一致性,证明了轿车声固耦合模型的有效性。分析了驾驶员耳旁声压级对车身结构各壁板的灵敏度,根据灵敏度分析结果,应用涂贴阻尼层的方法对车内噪声进行控制,通过对阻尼层的试验优化设计,优化了涂贴阻尼层的密度及厚度。优化后车内噪声峰值降低了1.13dB(A),总声压级降低了0.62dB(A),阻尼层的总质量降低了1.935kg。     

LF520车室声腔模态分析

采用Hypermesh软件建立了某车型的室内声场有限元模型,用SYSNOISE软件对该有限元模型进行自由模态分析,得到声场的各阶模态频率和振型,将声模态分析结果与汽车内外部的激励源频率特性进行对比,为改善车内声学特性,对车内噪声预测提供了参考。     

车内噪声统计能量分析预测与试验

阐述了统计能量分析方法的基本原理,利用统计能量分析(SEA)方法将某国产轿车划分为41个子系统,建立了国产某轿车三维实体模型。用解析方法计算了各形状规则子系统的输入参数,采用导纳法对复杂结构子系统的模态密度进行测试,利用稳态能量流方法测量了复杂结构的内损耗因子。计算了结构-结构、结构-声腔以及声腔-声腔间的耦合损耗因子。通过试验测量了动力总成振动和路面随机输入对车身的激励,并在消声室内对发动机舱声激励进行了测试,建立了被试轿车的CFD模型,对车外风激励进行了仿真计算。在上述研究工作的基础上,建立了该轿车的SEA模型,分析预测了车内噪声的1/3倍频程频谱,并与试验结果进行了比较,证实了本文所建统计能量分析模型的可信性。结果表明,所建立的SEA模型能够满足工程上在汽车产品开发设计阶段对车内中高频噪声分析预测要求。     

基于NVH的车内声腔模态分析

根据某车室壁板结构有限元模型,建立了车室声腔有限元模型。基于声学模态分析理论,利用SYSNOISE软件对该声学有限元模型进行自由模态分析,获得了车室声腔的各阶固有频率和模态振型,并将声学模态分析结果与汽车的各种激励源频率特性进行分析比较,其结论可用来改进车身系统的声学设计。     

结构声腔耦合系统的振型耦合特性分析及应用

推导并验证了带-柔性壁面的矩形刚性腔体结构的内部声压表达公式和一种振型耦合系数的有限元计算新方法。深入分析了振型耦合系数的特点,发现影响振型耦合系数的主要因素是结构声腔在耦合面上的振型相似程度和复杂程度,它们进而影响结构声腔振型耦合的强弱。本文基于振型耦合系数的特点,成功控制了某轿车车内噪声,使得驾驶员右耳测点噪声降低5dB,为轿车车身低噪声设计提供了一种有效可行的新方法。     

Investigation of the aeroacoustic behavior and aerodynamic noise of a high-speed train pantograph

As one of the main aerodynamic noise sources of high-speed trains, the pantograph is a complex structure containing many components, and the flow around it is extremely dynamic, with high-level turbulence. This study analyzed the near-field unsteady flow around a pantograph using a large-eddy simulation(LES) with high-order finite difference schemes. The far-field aerodynamic noise from a pantograph was predicted using a computational fluid dynamics(CFD)/Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) acoustic analogy. The surface oscillating pressure data were also used in a boundary element method(BEM) acoustic analysis to predict the aerodynamic noise sources of a pantograph and the far-field sound radiation. The results indicated that the main aerodynamic noise sources of the pantograph were the panhead, base frame and knuckle. The panhead had the largest contribution to the far-field aerodynamic noise of the pantograph. The vortex shedding from the panhead generated tonal noise with the dominant peak corresponding to the vortex shedding frequency and the oscillating lift force exerted back on the fluid around the panhead.Additionally, the peak at the second harmonic frequency was associated with the oscillating drag force. The contribution of the knuckle-downstream direction to the pantograph aerodynamic noise was less than that of the knuckle-upstream direction of the pantograph, and the average sound pressure level(SPL) was 3.4 dBA. The directivity of the noise radiated exhibited a typical dipole pattern in which the noise directivity was obvious at the horizontal plane of θ=0°,the longitudinal plane of θ=120°,and the vertical plane of θ=90°.     

内燃机机体噪声特性的数值仿真分析

结合多体动力学仿真技术与有限元法（FEM）和边界元法（BEM）对一台4缸发动机的机体噪声辐射进行了预测.建立了一台4缸4冲程柴油机曲柄连杆系统的多体动力学模型,通过多体动力学仿真的方法,求解出活塞、连杆、曲轴系统在工作过程中对机体的激励.利用有限元法求解出主轴承作用力、活塞侧向力和在燃烧激励作用下的机体振动特性.建立了机体噪声辐射的边界元模型,利用边界元技术对机体的辐射噪声进行了求解.并根据仿真分析的结果对机体的外声场的噪声特性进行了研究.研究表明,机体裙部的刚度是影响内燃机噪声辐射的重要原因.     

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.     

隔声功能复合材料的有限元法分析

根据声波与材料作用原理,制备了一种新型降噪复合材料．由于声波作用到复合材料表面上时,除了声波的反射外,材料本身内部引起的拉伸、压缩、剪切多种变形形式也能消耗声能,因此复合材料能有效地阻隔声波的通过．在对这种材料的驻波管法声学测试的过程中,用有限元素法进行声学分析,得到与实验数据较为吻合的结果,实验结果和有限元分析结果都说明了此种复合材料具有良好的隔声性能．     

双声学共振腔体蜗舌降低离心式风机噪声的研究

论述了双声学共振腔体蜗舌降低离心式风机噪声的新方法,进一步提出了双声学共振腔体蜗舌的解析模型。经实验验证,当采用双声学共振腔体蜗舌时,可降低基频噪声２５２ｄＢ（Ａ）。降低一次谐波噪声１６３ｄＢ（Ａ）,总声压级下降９７ｄＢ（Ａ）,比单声学共振腔体蜗舌总声压级多下降３４ｄＢ（Ａ）,风机气动力性能基本不受影响。     

高速列车风道消声器传声特性

为了抑制空调系统对高速列车车内噪声的影响,在风道内设置阻抗复合消声器,量化分析传声特性是高速列车低噪声设计的重要内容. 基于有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合法建立某高速列车风道消声器传声特性分析模型,对80~3 150 Hz频率区段的风道消声器传声特性进行预测计算. 采用声学有限元法建立风道消声器声学模态分析模型,针对传递损失的峰值和谷值所在的频率区段,计算风道消声器声学模态,解释传递损失峰/谷值的成因. 从提升声学性能的角度,结合工程实际情况,对风道消声器进行设计方案优选. 结果表明：风道消声器具有良好的降噪作用,声学模态振型特性是传递损失峰/谷值的成因;消声器阻性特性对传递损失的影响最大,通过吸声选材优选可以最大提高传递损失18.0 dB;消声器抗性特性影响相对较小,通过吸声包数量和位置的优选可以最大提高传递损失4.1 dB;考虑阻抗复合优选方案,最高可以提高风道消声器传递损失18.6 dB.     

基于有限元的内置式永磁同步电机矢量控制性能分析

建立了一台55 kW内置式永磁同步电机有限元模型,采用有限元方法计算了电感参数和在满足电压电流约束条件下的实现最大转矩输出的最佳电流控制角,电流矢量id,iq,及输出转矩。计算结果表明由于恒转矩区磁路饱和,参数对内置式永磁同步的影响较大,而在恒功率区即弱磁控制区域,电机的饱和度减小,解析方法与有限元计算结果吻合;说明有限元分析结果可比较准确地反映电机的磁路饱和程度,是对内置式永磁同步电机性能分析的最佳工具。