车辆的结构—声耦合振动分析及其控制研究

论文摘要

车辆乘坐室的振动和噪声问题已成为制约其快速发展的一个重要方面。目前,车辆中振动和噪声信号的特征提取方法以及振动响应的评估手段都还很不成熟,因此深入的研究车辆中振动和噪声信号的特征提取方法以及振动响应的评估手段对车辆中振动和噪声的控制具有重要的理论意义和工程价值。本文针对车辆工程中NVH的研究内容,对车辆振动和噪声信号的特征提取与结构振动响应的统计估计方法进行了深入的研究,本文研究的主要内容归纳如下:（1）提出了一种适用于强噪声背景下振动信号特征提取的方法。针对目前应用于车辆中信号的特征提取方法,根据车辆中振动和噪声信号的特点,对它们进行对比研究,提出了一种名为时序多相关-经验模式分解的方法,该方法对强噪声背景下,车辆中非线性、非平稳信号的特征提取具有较好的效果,对信号中混叠的噪声类型和强度没有特别的限制,具有很强的适应性;该方法通过对信号的多相关处理后再做经验模式分解,然后对分解得到的本征模态函数做相关性选择,增加的计算量很小。（2）提出了一种分析随机质量板振动响应的方法并对其振动响应进行了统计分析。为了分析随机质量板的振动响应,以Lagrange动力学方程和Rayleigh-Ritz能量法为基础,给出了一种计算随机质量板振动响应的分析方法,对其振动响应进行了统计分析,并应用Monte Carlo数值仿真方法进行了验证。（3）基于本征正交分解方法,提出了相关激励作用时,结构响应的统计估计方法。给出了相关激励作用下,结构响应统计估计的相对偏差的计算表达式,以及相关激励作用下,结构响应统计估计时载荷参数的确定方法。研究表明:响应统计分析与输入激励的相关性及特征频率的相关性直接相关联,随着结构振动频率的增加,响应的相对偏差逐渐减小,考虑激励的相关性及特征频率的相关性得到的相对偏差表达式与试验结果能够更好的吻合。（4）给出了SEA在复杂耦合系统中的响应统计估计方法及其载荷参数的确定方法。研究结构表明:当有载荷作用在子系统上时,载荷参数与子系统上的输入能量和整个系统的输入能量的比值以及子系统上的载荷参数有关;不相关输入是相关输入时的一种特殊情况,它们可以用统一的表达式来表示。复杂系统响应统计估计的试验表明,考虑相关激励的影响,能够使得计算得到的平均能量与试验值更好的吻合,并且随着频率的增加,相关激励的影响逐渐减弱,并且随着传递路径的增加,子系统响应的相对偏差逐渐增大。综上所述,本文较系统地研究了车辆NVH中涉及到的两个方面的内容:车辆振动和噪声信号的特征提取以及振动响应的统计估计方法。研究结果对于提高车辆NVH性能,指导车辆NVH设计以及后期修改等方面具有重要的理论意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 适合于车辆振动信号特征提取方法的研究现状
• 1.2.2 SEA 中响应统计估计的研究情况
• 1.3 本文的主要工作及论文的结构安排
• 第二章 噪声背景下振动信号特征提取方法
• 2.1 引言
• 2.2 三种典型的非平稳振动信号处理方法概述
• 2.2.1 小波分析
• 2.2.2 1（1/2） 维谱分析
• 2.2.3 Hilbert-Huang 变换
• 2.3 三种典型信号处理方法的仿真分析
• 2.3.1 三种方法对有噪声时谐波信号的特征提取
• 2.3.2 三种方法对无噪声的调幅－调频信号的特征提取
• 2.3.3 三种方法对含噪声的调幅－调频信号的特征提取
• 2.4 本章小结
• 第三章 噪声背景下车辆振动信号的特征提取及其应用
• 3.1 引言
• 3.2 TSMC－EMD 方法
• 3.2.1 时序多相关分析
• 3.2.2 对由EMD 得到的IMF 的选择
• 3.2.3 MCTS-EMD 方法总结
• 3.2.4 MCTS-EMD 方法的仿真分析
• 3.3 分动箱的模态分析
• 3.3.1 应用谱分析法得到频率响应函数
• 3.3.2 模态实验
• 3.4 TSMC－EMD 方法对车辆振动信号的分析
• 3.5 MCTS-EMD 方法在应用中需要注意的问题
• 3.6 本章小节
• 第四章 应用SEA 时随机系统的响应统计估计
• 4.1 引言
• 4.2 相关激励基于POD 的解相关方法
• 4.2.1 分解模态基的正交性
• 4.2.2 分解系数的独立性
• 4.2.3 分解系数的确定
• 4.3 动态系统响应方程的建立
• 4.4 系统的响应统计分析
• 4.5 动能响应密度函数方差的求解
• 4.6 参数α的取值分析
• 4.6.1 模态振型的统计特性
• 4.6.2 力作用的形式分析
• 4.6.3 离散载荷的作用
• 4.6.4 分布载荷的作用
• 4.6.5 互相关的多个力作用在系统上
• 4.6.6 结构参数K 的确定
• 4.7 随机结构响应统计估计方法
• 4.7.1 各向同性简支板的振动响应分析
• 4.7.2 板上随机附着质量块的处理
• 4.7.3 随机质量板响应的统计分析
• 4.7.4 仿真分析
• 4.8 参数α取值的仿真分析
• 4.9 简单结构响应统计估计的试验验证
• 4.9.1 试验系统的构成
• 4.9.2 响应统计估计的试验
• 4.9.3 理论值与试验值的分析
• 4.10 本章小结
• 第五章 复杂耦合系统的响应统计估计
• 5.1 引言
• 5.2 系统的能量平衡等式
• 5.3 随机系统的能量平衡等式
• 5.4 复杂耦合系统的响应统计估计
• 5.5 参数α的取值分析
• 5.5.1 不相关多载荷作用的影响
• 5.5.2 相关激励作用的影响
• 5.6 板架系统的响应统计估计试验
• 5.6.1 试验件的构成
• 5.6.2 测试系统
• 5.6.3 试验数据分析
• 5.7 不规则的封闭声腔系统的响应统计估计
• 5.7.1 试验件的构成和试验测试
• 5.7.2 应用SEA 时的分析模型
• 5.7.3 试验数据分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作与创新点
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文