内燃机噪声优化对车内声学的影响研究

提出了内燃机结构辐射噪声的仿真与优化方法,评价了内燃机噪声优化前后车内噪声的变化。建立了内燃机和前围板的有限元模型,通过模态分析验证了模型的精度。采用柔性多体动力学方法计算了内燃机的振动响应,并结合边界元算法得到了结构辐射噪声。完成了机体的结构优化,通过提升刚度使整体模态频率与激励峰值频率分离,从而降低机体结构响应,减小辐射噪声。搭建了内燃机与前围板的声学耦合模型,计算得到经机体结构优化前后的内燃机辐射噪声通过前围板后进入车内的声功率。结果显示,机体的优化方案大幅降低了其辐射噪声,从而减小了整机的辐射噪声。研究内燃机噪声与车内噪声的传递路径后,发现车内噪声有了明显的下降,从而证实了优化设计的可行性和有效性。     

非道路高压共轨柴油机振动及噪声分析

非道路高压共轨柴油机工作条件恶劣,对振动噪声性能提出较高要求。应用多体动力学方法,建立非道路高压共轨柴油机活塞组动力学模型、阀系动力学模型以及整机多体动力学分析模型,通过对机体与曲轴模态测试,验证缩减模型的准确性。对活塞组和阀系动力学特性、主轴承载荷以及整机振动与噪声特性进行分析,结果表明,在倾覆力矩作用下,2阶谐次及其整数倍谐次下发动机振动较大;2阶谐次下,机体次推力侧振动比主推力侧振动剧烈;油底壳表面辐射声功率级最大,最大值为109.1 dB;在523 Hz频率下声压级最大,最大值为85.23 dB。研究结果可为整机减振降噪提供优化方向。     

响应表面法在结构噪声优化中的应用研究

针对结构噪声有限元直接优化的非线性和复杂性,利用传统的声固耦合有限元法,结合响应表面法计算结构噪声值,以结构参数为设计变量,建立设计变量与结构噪声值的映射模型,避免了有限元灵敏度分析,提高了优化速度。以封闭箱体的结构噪声优化为例,验证了该方法的有效性。     

基于响应面法的槽形梁结构噪声优化研究

轨道交通槽形梁结构在列车动载作用下会辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以轨道交通30 m简支槽形梁为研究对象,基于车桥耦合分析模型,利用有限元法和边界元法计算槽形梁结构辐射声功率。将响应面法与辐射声功率计算相结合,建立了以槽形梁辐射结构噪声在分析频率范围内的总声功率级为目标及以槽形梁质量为约束的声学优化模型,再利用序列二次规划法进行求解,最终找出了槽形梁结构声学最优的截面尺寸。优化后槽形梁底板厚度为0. 34 m,腹板厚度为0. 22 m。计算结果表明,利用响应面法可以有效的对槽形梁进行声学优化,而且优化后的降噪效果还是比较显著的。     

基于变分模态分解的多缸柴油机缸套振动差异分析

多缸柴油机缸套振动噪声响应的差异导致缸套润滑、磨损及穴蚀现象不同,引起缸套可靠性差异并缩短整机使用寿命,研究差异的产生原因有助于柴油机的维护与设计优化。内燃机振动噪声的主要来源是燃烧冲击与活塞二阶运动引起的缸套敲击,而多缸柴油机缸套振动噪声的差异主要来源于活塞敲缸。以某重型六缸柴油机为研究对象,基于变分模态分解技术对多缸振动响应差异开展了溯源分析。建立了活塞敲缸动力学计算模型并通过试验验证了参数设置的合理性,通过变分模态分解从振动响应中提取了主要频率成分与相关模态。结果表明：多缸柴油机各缸振动幅值分布趋势一致,缸套中上部的振动最剧烈;各缸振动差异与机体模态特性有关,缸套间振动差异与机体第7阶模态振型趋势一致,体现为第6缸振动最强,第2缸振动最弱。     

不同载荷激励对非道路高压共轨柴油机振动与噪声的影响研究

非道路柴油机工作条件恶劣,对整机振动与噪声性能提出更高的要求。以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了整机多体动力学模型,通过机体与曲轴模态测试,验证了整机有限元模型以及多体动力学模型的准确性;通过建立阀系动力学模型、活塞动力学模型以及轴系动力学模型,计算获得阀系载荷、活塞敲击载荷以及主轴承载荷等主要激振力;在此基础上,研究了不同激励对整机的振动与噪声的影响。研究结果表明:随着载荷激励的施加,发动机表面振动速度级也相应的增加;加载阀系载荷后,发动机在高频区域振动速度级小幅增加,阀系载荷对整机500 Hz、1 000 Hz频段的振动速度级影响较大;加载活塞侧击力后,活塞的二阶运动激励对于特征点的中高频振动影响较大;随着载荷激励的增加,各部件的表面辐射声功率级基本呈增加趋势,低转速下各方案影响差异大,中高转速下各方案影响差异变小,阀系载荷的加载对气缸盖罩振动速度级影响较大,活塞侧击力是各主要壳体件怠速机械噪声的主要影响因素。     

齿轮箱减振降噪优化设计方法研究

对某试验用齿轮箱进行了模态贡献量与面板声学贡献量分析,确定齿轮箱运行过程中箱体振动主要贡献模态和噪声辐射面板;结合振速法原理,对箱体表面振动与辐射噪声的关系进行了分析,实现基于有限元方法对箱体进行稳态振动响应求解与主要面板辐射声功率级的计算;将主要贡献模态固有频率和面板辐射声功率级作为目标函数,编制APDL的优化求解程序对齿轮箱箱体实现了减振降噪优化,得到了箱体各壁面的最优壁厚组合.结果表明,该方法具有很好的减振降噪效果,为齿轮箱的优化设计提供了借鉴意义.     

发动机机体辐射噪声优化方法研究

针对某发动机机体辐射噪声突出的问题,在采用多体动力学、有限元法和边界元法的基础上,提出利用Minitab软件中的DOE多目标分析手段对发动机辐射噪声进行优化的方法,以该发动机机体为研究对象,对影响机体辐射噪声的7个因素进行研究,使用较少的组合次数得到机体中辐射噪声声功率、质量等参数的主要影响因素及各因素之间的交互关系,并根据相关影响情况,选取辐射噪声声功率和质量两个主要参数,重新调整各因素的参数值对机体进行优化。结果表明:经Minitab软件优化后该机体的辐射噪声声功率减小1.54 dB(A),和计算模拟值较吻合,提高了优化效率,且达到目标值要求。该方法为发动机机体辐射噪声的优化提供了崭新的思路。     

基于EMD和时频分析的低振动机体结构优化研究

为降低柴油机机体振动,开展了基于经验模态分解（EMD）和时频分析的低振动机体优化设计研究。首先建立了机体有限元模型,通过机体模态试验验证了有限元模型正确性;然后,采用多体动力学和有限元相结合的方法计算了机体振动响应,并将计算结果与试验结果进行了对比验证,两者比较吻合;进而采用EMD对机体裙部振动速度信号进行分解,对分解得到的结果中能量较大的分量进行小波时频变换,通过时频分析得到结构优化的主要依据;最后对优化前后振动响应分别采用小波和Hilbert变换进行定性和定量的对比验证。结果表明,优化后整机振动烈度降低了26.81%,整机的振动水平得到了明显的降低,从而验证了该方法的有效性。     

发动机机体辐射噪声优化方法研究

针对某发动机机体辐射噪声突出的问题,本文在采用多体动力学、有限元法和边界元法的基础上,提出利用Minitab软件中的DOE多目标分析手段对发动机辐射噪声进行优化的方法,以该发动机机体为研究对象,对影响机体辐射噪声的7个因素进行研究,使用较少的组合次数得到机体中对辐射噪声声功率、质量等参数的主要影响因素及各因素之间的交互关系,并根据相关影响情况,选取辐射噪声声功率和质量两个主要参数重新调整各因素的参数值对机体进行优化。结果表明：通过Minitab软件优化后该机体的辐射噪声声功率减小了1.54dB(A),和计算模拟值较吻合,提高了优化效率,且达到目标值要求。为发动机机体辐射噪声的优化提供了崭新的思路。     

多工况人字齿轮传动系统结构减振分析及优化

为更有效降低人字齿轮传动系统振动,分别对由人字齿轮传动系统振动产生的源激励(齿面啮合质量)及振动传递系统(箱体结构)进行减振降噪设计。选择综合效果较好的齿面三维修形方法在多载荷工况下对人字齿轮小轮齿面进行以减小轮齿间啮合振动为目标的修形优化设计;为确定箱体结构优化改进方向,对齿轮箱体进行以静态(箱体最大变形量)动态(低阶固有频率)相结合的结构拓扑优化;据箱体拓扑优化结果确定箱体可减重部位及需加强的结构选定箱体尺寸优化参数并对以箱体机脚处振动加速度均方根值最小为优化目标的箱体结构优化。实例计算与试验结果表明,齿面三维修形方法振动最大降幅理论计算为20.5%、实验为18.9%,减振为12%;而两者相结合则降低幅度达27.3%,效果更好。     

90°V8柴油机整机结构动态响应分析

建立了90°V8柴油机整机结构的有限元分析模型,采用Lanczos法对整机组合体的自由模态进行了计算,得到了其同有频率和振型。在此基础上,考虑柴油机在额定工况下,以气缸燃气压力、活塞侧压力和主轴承作用力为主要因素,确定了柴油机所受的激励力,利用模态叠加法对柴油机进行了动态响应分析计算,得出了各阶模态的模态响应函数,为运用ATV技术求解内燃机表面辐射噪声提供了边界条件。     

约束阻尼板结构振动声辐射优化

根据经典薄板理论,建立约束阻尼板有限元模型,将其视作镶嵌于无限大刚性障板,利用Rayleigh积分法推导结构的辐射声功率及灵敏度表达式。以一阶峰值频率或频带激励下的声功率最小化为目标,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立拓扑优化模型,采用渐进优化算法,编制了优化计算程序,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与全覆盖板及基板的辐射声功率进行了对比。研究表明：以声功率最小化为目标,对约束阻尼材料布局进行拓扑优化,能有效抑制结构的振动声辐射,为结构低噪声设计提供了重要的理论参考和技术手段。     

基于目标传递和代理模型的水下结构振动声辐射设计优化

基于目标传递法和代理模型实现了水下结构振动声辐射的设计优化。目标传递法用于实施多级优化,Kriging代理模型用于解决水下结构振动声辐射计算量过大而无法实施设计优化的问题。以水下加肋板结构的振动声辐射为例构造了一个两级优化设计问题来验证所用方法的有效性。选取板厚,加强肋高度和加强肋宽度作为设计变量,以结构质量、共振频率、共振频率处的声功率级和共振频率间的差值作为优化目标来进行设计优化。研究结果表明Kriging代理模型可实时准确地代替耦合计算模型预报水下结构振动声辐射响应,使用目标传递法会由于目标权重和协调机制的不同而导致不同的优化结果,设计者可以根据实际需要从优化结果中选择合适方案。     

多信息联合技术缸盖罩结构辐射噪声识别研究

以某四缸柴油机缸盖罩薄壁件为研究对象,给出一种多信息联合识别技术,融合近场声压阵面扫描法、基于平板理想化的表面振速法及隔声法的识别优势对其结构辐射噪声进行分离与识别研究。针对整机噪声声功率级超标问题,利用近场声压阵面扫描快速定位标定工况下柴油机缸盖罩辐射噪声源;基于平板结构的辐射模型分析缸盖罩的声辐射能力;在综合考虑声辐射系数影响因素基础上,识别分析缸盖罩结构噪声的辐射特性,与传统方法相比可提高识别精度;再结合隔声法深入地识别缸盖罩结构噪声中的主要噪声源;最后,对识别结果进行降噪试验验证。该识别技术可为明确柴油机薄壁件降噪目标及其结构低噪声设计目标提供理论指导。     

准双曲面齿轮箱响应分析及动力优化

综合考虑轮齿啮合变形、轴弯曲变形及轴承支撑刚度,建立准双曲面齿轮传动系统动力接触有限元分析模型,利用LS-DYNA仿真计算轴承的动态支反力;将轴承支反力作为箱体的动态激励,建立准双曲面齿轮箱动力分析模型,利用ANSYS进行动态响应分析,并与试验结果比较。以加速度响应均方根值最小为优化目标,箱体结构参数为设计变量,静态应力、位移及箱体体积为约束条件,建立准双曲面齿轮箱动态响应优化模型,用零阶方法求解,得到箱体最优设计参数。     

90°V8柴油机整机结构动态响应分析

建立了90°V8柴油机整机结构的有限元分析模型,采用Lanczos法对整机组合体的自由模态进行了计算,得到了其同有频率和振型。在此基础上,考虑柴油机在额定工况下,以气缸燃气压力、活塞侧压力和主轴承作用力为主要因素,确定了柴油机所受的激励力,利用模态叠加法对柴油机进行了动态响应分析计算,得出了各阶模态的模态响应函数,为运用ATV技术求解内燃机表面辐射噪声提供了边界条件。     

基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料,在卫星等航天器结构中应用广泛。MSC/NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库,只能用蜂窝板等效结构参数进行计算,等效过程中的简化导致有限元计算结果与试验测量值之间存在差异。基于响应面的模型修正方法可以避免每次迭代都调用有限元程序,提高计算效率。依据三明治夹芯板理论计算蜂窝芯等效结构参数,用ANSYS中的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板模型,用基于均匀设计的试验设计方法进行试验设计,获得蜂窝板在各因素和水平下的试验数据,构造二次多项式响应面,并用带变异算子的改进粒子群算法对蜂窝芯结构等效参数进行修正,修正后参数代入有限元模型,能有效改善模型计算质量。     

基于改进高斯径向基函数响应面方法的蜂窝板模型修正

用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。      

不同海拔下涡轮增压柴油机表面辐射噪声试验研究

采用表面声压级测量法,运用大气压模拟测试系统,以4100QBZL柴油机为研究对象．测试计算涡轮增压柴油机同转速不同海拔下声功率,不同海拔不同转速下的声功率,不同转速下不同喷油提前角的声功率：分析测试结果表明：表面辐射噪声随转速增加而增大;同转速下,增压柴油机整机噪声随海拔增加而增大;以及不同转速下,喷油提前角对柴油机噪声影响规律。