基于阻尼层拓扑优化的车内噪声控制

针对某车型3 WOT工况下车内前排加速轰鸣噪声控制问题,首先运用声振耦合仿真分析手段,获得车内前排噪声异常峰值频率。接着对此频率的模态贡献量进行分析,确定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,使得前排噪声异常峰值下降约13 dB(A)。最后,通过实车测试,证明阻尼层优化设计方案使前排轰鸣噪声性能得到明显改善。研究表明,该阻尼层优化方法是一种有效的车内轰鸣噪声控制手段。     

基于车身模态和板块贡献分析的阻尼优化降噪方法研究

车身结构上的阻尼材料优化布置对车内振动和噪声控制有重要的意义。以某实车的白车身为研究对象,基于有限元法和边界元法对车内声腔进行声场分析和车身板块进行声学贡献量分析,找出车内场点噪声声压峰值频率及对应的贡献量较大的板块。进而基于白车身模态振型分析,对车身部件上的局部约束阻尼的敷设位置进行优化配置。分析了阻尼优化布置前后分别在悬置、前悬架和后悬架等不同位置处激励下的车内噪声,确认了降噪优化方案的有效性,并在实车上进行了验证。结果表明,对车身相关板块进行局部阻尼处理后,降低车内噪声2 d B(A),证明了该方法的有效性。     

车身阻尼材料布局拓扑优化设计

针对某车型车内匀速噪声控制问题,提出一种基于多目标动力学拓扑优化的阻尼材料设计方法。首先,通过车身声-振耦合分析获知车内噪声响应异常峰值频率。接着,以车身壁板噪声贡献量和模态贡献量为指标进行综合分析。然后,构建综合考虑车身壁板动力学控制和阻尼材料质量控制的多目标动力学拓扑优化数学模型,并获得阻尼材料布局方案。将该方案与基于模态应变能的阻尼材料设计方案进行对比分析获知,前者降噪效果更佳。最后,通过实车测试,验证了该方案对车内匀速噪声有明显改善。上述研究表明,该阻尼材料设计方法具有良好的实用价值。     

车身阻尼材料布局拓扑优化设计

针对某车型车内匀速噪声控制问题,提出一种基于多目标动力学拓扑优化的阻尼材料设计方法。首先,通过车身声-振耦合分析获知车内噪声响应异常峰值频率。接着,以车身壁板噪声贡献量和模态贡献量为指标进行综合分析。然后,构建综合考虑车身壁板动力学控制和阻尼材料质量控制的多目标动力学拓扑优化数学模型,并获得阻尼材料布局方案。将该方案与基于模态应变能的阻尼材料设计方案进行对比分析获知,前者降噪效果更佳。最后,通过实车测试,证明该方案可明显抑制车内匀速噪声。研究表明,该阻尼材料设计方法具有良好的实用价值。     

基于PolyMAX的声固耦合模态试验研究

白车身的结构模态频率和模态振型反映了汽车车身结构的固有特性,对车内噪声有重要影响。车内空腔跟车身结构一样,同样拥有模态频率和模态振型。采用LMS数据采集系统对某国产SUV进行车内空腔声学模态试验。首先基于传声器阵列的方法获取响应点的信号,然后利用PolyMAX方法提取声学模态频率及振型。将声学模态频率与白车身结构模态频率进行对比分析,结果表明：车内空腔的第一、二阶声学模态分别跟白车身的第四、十阶结构模态有很强的耦合。最后通过实车测试验证了声固耦合共振时低频轰鸣的存在。可以在关键部件增加板厚、顶盖和地板附加阻尼层、顶盖加加强筋等方式改变车身结构的局部模态来破坏车身结构模态和声腔模态的强耦合状态,降低车内的低频轰鸣声     

结合模态声学贡献量与板面声学贡献量的减速箱降噪技术研究

以单级人字齿轮减速器箱体为研究对象,采用FEM/BEM方法计算了箱体的辐射噪声,分析了箱体振型对辐射噪声的影响。通过计算各阶模态的模态参与因子以及模态声学贡献量,确定了对箱体输入侧、输出侧场点上的辐射噪声贡献最大的模态阶数。依据模态声学贡献量分析结果,提出了肋板和阻振质量的合理布局方式。分析结果表明,箱体各面板的弯曲振型对辐射噪声的影响最明显;当声学贡献最大的模态确定后,在对应振型中各面板弯曲振型最明显的位置添加肋板或阻振质量,可明显降低面板同侧场点上的辐射噪声。     

基于模态声学贡献量的减速箱降噪技术研究

以单级人字齿轮减速器箱体为研究对象,采用FEM/BEM方法计算了箱体的辐射噪声,分析了箱体振型对辐射噪声的影响。通过计算各阶模态的模态参与因子以及模态声学贡献量,确定了对箱体输入侧、输出侧场点上的辐射噪声贡献最大的模态阶数。依据模态声学贡献量分析结果,提出了肋板和阻振质量的合理布局方式。分析结果表明,箱体各面板的弯曲振型对辐射噪声的影响最明显;当声学贡献最大的模态确定后,在对应振型中各面板弯曲振型最明显的位置添加肋板或阻振质量,可明显降低面板同侧场点上的辐射噪声。     

阻尼材料对铁路车轮振动特性的影响分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,在车轮辐板位置粘贴阻尼材料,并采用模态叠加法分析其对车轮频率响应的影响。首先在有限元软件ANSYS中建立普通车轮和阻尼车轮的有限元模型,模型中同时考虑阻尼材料阻尼的频变特性,采用Block lanczos法计算0~10 000 Hz内两种车轮的固有频率和振型,然后根据模态计算结果,采用模态叠加法计算车轮0~5 000 Hz内的频率响应,分析车轮的固有模态和导纳特性。研究结果表明:阻尼材料层的使用对车轮的振型不会产生较大的影响,仅使车轮各阶模态的共振频率略有下降。车轮不同位置在不同激励作用下响应的主要贡献模态各有不同。阻尼材料的使用对轮辋及踏面的振动影响较小。但无论是在径向激励或者轴向激励的情况下,阻尼车轮辐板的轴向振动明显低于普通车轮,在车轮主要的噪声辐射频段(1 000 Hz以上),阻尼材料的抑制作用尤其明显,在对车轮噪声贡献最大的模态(1节圆和径向模态耦合)频率处,振动可以平均降低15 d B以上。     

基于实模态的非比例阻尼体系复模态叠加法

为提高非比例阻尼体系强迫振动时复模态叠加法的计算效率,基于模态摄动法基本原理,提出一种利用无阻尼体系实模态的复模态叠加法。该方法由模态摄动法将非比例阻尼体系的复模态表示为实模态线性组合,在此基础上,建立了强迫振动复模态叠加法的实模态的线性组合解。以一个带附加阻尼的强非比例阻尼三层框架结构为例进行地震反应分析,计算结果表明当附加实模态数不小于8 时,模态摄动法所得的特征值误差小于2%;在复模态叠加法模态截断方面,基于累积振型参与质量和累积振型贡献系数所得的模态数偏少,建议采用首层平动的累积振型加速度贡献系数作为模态截断的依据,此时,复模态叠加法所得水平位移的峰值误差小于10%,累积误差小于15%,显示了良好的计算精度;且该方法的计算时间小于基于状态空间法的复模态叠加法。以一个钢结构框架办公楼地震反应分析为例,验证了该方法的适用性。综合来看,对于强非比例阻尼体系,强制解耦的实模态叠加法计算误差较大,而该方法可兼顾计算效率与精度。     

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。     

应用动力吸振器降低车内轰鸣噪声

通过整车车内噪声测试并对副车架进行模态分析,明确得出转速2 400 r/min附近车内轰鸣噪声来源是发动机2阶激励与前副车架第1阶模态产生共振。设计动力吸振器,再进行动力吸振器参数优化,提出抑制前副车架共振的工程方案。通过试验验证,该方案基本消除车内轰鸣噪声,改善整车NVH特性。     

敷设粘弹性材料的溜槽的试验模态分析

针对传统溜槽振动和噪声非常大的情况,设计了内部自由敷设粘弹性阻尼层的溜槽。文中应用了锤击激励法和LMS test. Lab振动测试系统对内部敷设粘弹性阻尼层的溜槽进行了模态试验,得到了前6阶固有频率、阻尼和振型,经过模态置信准则检验,所测试验模态参数真实有效。通过对试验结果的分析发现溜槽出口处的振动为扭转振动和弯曲振动的叠加,加工时应该加强出口处的强度以减小局部振动。研究结果为敷设粘弹性阻尼层的溜槽的优化设计提供了参考。     

基于阶次和传递路径分析的电驱动总成对车内噪声影响

为了探究电驱动总成对车内噪声的影响,对某纯电动汽车进行急加速工况下的试验研究。基于阶次分析确定车内噪声与电驱动总成振动噪声之间的关联,并识别电驱动总成对车内噪声影响较大的激励;基于奇异值分解改进的工况传递路径分析（Operational Transfer Path Analysis,OTPA)方法,分析对车内噪声影响最大的激励通过结构路径和空气路径对车内噪声的贡献情况。结果表明由空间0阶径向电磁力引起的频率24阶激励和48阶激励对车内噪声影响较大,其中24阶激励影响最大。在低转速区间,24阶振动激励和24阶声学激励通过结构路径对车内噪声贡献和通过空气路径基本一致;在中高转速区间,24阶声学激励通过空气路径对车内噪声贡献较大;在高转速区间,24阶振动激励通过后悬置Z方向结构路径对车内噪声贡献较大。研究结果从激励源和传递路径两个方面为降低纯电动汽车车内噪声指明方向。     

基于单一源求逆法的排气噪声对车内噪声贡献量分析

以某车型车内噪声声压级为目标,以单一源求逆法辨识排气噪声体积加速度,并测试排气口到车内噪声目标点的声学传递函数。计算排气管口通过空气传递路径到车内噪声的贡献量,得知在发动机1730rpm附近排气噪声的2阶激励频率是车内噪声的主要贡献源,此时车内噪声主要是排气噪声过大引起的。增加车辆的吸隔音措施效果不明显,应优化排气管消声器以降低排气噪声。实验验证了分析结果。     

基于有效三维损耗矩阵的复合材料层合板模态阻尼预测

为了在复合材料层合板阻尼分析中既考虑层合板厚度方向应力、应变对结构阻尼的贡献,又不增加厚度方向的单元数量,基于复合材料的有效三维阻尼矩阵预报理论,建立了新的高效复合材料结构模态阻尼的三维有限元预测方法。沿层合板厚度方向将原结构分成若干亚层,每一亚层包含若干单层。根据合成理论计算每一亚层的刚度矩阵、柔度矩阵和有效三维阻尼损耗矩阵。对亚层划分单元,进行结构的有限元模态分析。根据模态分析结果,利用有效三维阻尼矩阵求出各个模态对应的模态阻尼。利用该理论,分别计算了单向层合板、对称层合板以及厚板的结构模态阻尼。数值计算结果表明,该方法具有很好的适用性,其优点在于既考虑了板厚方向的阻尼贡献,又减少了厚度方向的单元数,提高了计算的准确性和效率。      

离心泵作透平流体诱发外场噪声特性及贡献分析

以某离心泵作透平为研究对象,对流体诱发的外场噪声特性进行了数值计算和试验研究。在典型流量下,采用雷诺时均方法获取壁面偶极子声源,并利用FEM/AML方法求解出叶轮和壳体偶极子源作用的流动噪声,基于声振耦合法计算出流体激励结构振动产生的外场流激噪声,分析不同性质噪声源的频谱特性,同时评估外场声源在各个频段下的贡献量。借助模态试验对透平壳体结构的模态参数进行了识别。结果表明,计算与试验振型近似,固有频率平均相对误差小于4.60%。结构的影响使得外场五阶叶频处声压最高,二阶叶频处次之。壳体偶极子作用的流激噪声对外场噪声的贡献最大,其次是壳体偶极子作用的流动噪声,叶轮偶极子作用的流激噪声对外场噪声贡献最小。研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。     

《通过顶棚模态试验分析优化车内噪声》

介绍顶棚在实车状况下的试验模态分析方法，采用悬挂激振器而车辆接地的单向激振方式，讨论激振点的选取位置，利用PolyMax方法求得顶棚前十阶模态频率及振型，并通过各测点相干性、频响函数曲线和各阶模态MAC值的检验保证模态试验结果的可靠性；找出对车内轰鸣噪声影响显著的敏感频率和薄弱位置，以此为依据优化其结构刚度，实现模态的移频。优化后的顶棚频响函数幅值取得明显改善，降低在敏感转速时的车内轰鸣噪声声压级。     

自由层阻尼复合板减振特性的理论与实验研究

本文研究了自由层阻尼复合板的减振特性,导出了自由层阻尼复合板的抗弯刚度及基本模态损耗因子的计算公式以及振动方程,计算出四边简支单层金属板和自由层阻尼复合板的前几阶固有频率、基本模态损耗因子及受迫振动时中点动挠度,绘出了振动系统前几阶模态振型图。理论值与实验测试结果基本吻合。高速运行器的大功率动力装置构成结构的宽带随机振动源,激起结构的许多共振峰。为减小结构振动噪声和应力水平,需抑制各共振峰。由于宽带随机振动有丰富的频率,一般减振装置不能有效抑制,需采用粘弹性阻尼材料减振。自由阻尼层结构是将结构阻尼大的粘弹性材料粘帖或涂复在结构上如图1,它无需改变原结构且操作工艺简单,因而有重要应用价值。     

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

本文针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射,建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型,分析了该乘用车车身的声固耦合特性。通过对车身各板件的贡献度分析,确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计,建立了拓扑优化模型,采用渐进优化算法（ESO）,计算了阻尼材料的优化布局。研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高,50%的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果,阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。     

空滤器结构优化和辐射噪声分析

针对试验中发现的空滤器壳体辐射噪声大问题,综合运用模态计算、进气压力频谱计算、拓扑优化、形貌优化和声学有限元法解决了该问题。首先,通过模态计算,得出了空滤器外壳的各阶振型和模态频率。接着分析了发动机的进气压力波频谱,找出了进气压力较大的频段,由此可知空滤器辐射噪声大是由于第1阶频率较低引起的。然后,通过拓扑优化和形貌优化,找出了筋的最佳布置位置,使空滤器外壳的第1阶频率得到大幅提高。最后,通过辐射噪声的计算,确认了改进后的空滤器外壳的总声功率级降低了13.8 d B,噪声改进效果非常明显。