大型客车车身的阻尼减振降噪技术研究

论文摘要

随着科学技术的不断进步和人们对客车舒适度要求的日益提高,大型客车的噪声、振动、平顺性特性已成为评判其整体性能的重要指标,因此如何有效的减少振动、降低车内噪声也已成为了各大汽车生产厂家共同关注的问题。客车运行时,车身的薄壁板结构受到来自轮胎、动力系统及发动机等的激励作用后,很容易产生振动,并向车内辐射噪声。而在车身敷设粘弹性阻尼材料的方法能起到显著的减振降噪效果,因此其深受汽车设计者们的青睐。本文以数值仿真分析为主线对广东云山车辆厂生产的BY6128型客车的车身声-固耦合系统和薄壁阻尼复合结构的振动-声学特性进行了研究。本文以公司提供的车身CAD图纸为依据,在CATIA和Hypermesh平台建立了较为完善的BY6128型客车车身有限元模型,并在此基础上对车身骨架结构和车室腔体的模态特性进行分析,利用获取的相关模态频率和模态振型为车身结构设计提供建议。为了准确的描述车室的声学特性,基于边界元法对车室进行声场分析和车身板块贡献度分析,进而找出车内噪声声压峰值处所对应的振动频率及该峰值下的“噪声源”板块,为车身结构的针对性修改提供参照。为了准确描述阻尼复合结构的减振降噪特性,对阻尼复合结构的建模方法、评价指标进行了研究,并基于模态应变能算法,计算分析了阻尼复合结构的几何参数和材料参数对结构减振性能的影响。同时以车身薄壁结构为例,采用间接边界元法对比分析了添加阻尼层前后车身薄壁结构的声辐射灵敏度。围绕车身减振降噪这一目标和车身设计轻量化的要求,文中用近似优化算法对阻尼复合结构进行了优化设计。基于响应面法建立阻尼复合结构的声辐射特性、模态频率和损耗因子与结构参数关系的数值模型,并运用MATLAB优化工具箱求取了相应约束条件下的最佳阻尼复合结构参数。综合研究内容对车身结构阻尼处理后取得了较好减振降噪效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 车内噪声的产生机理及控制方法
• 1.2.1 大型客车车内噪声的产生机理
• 1.2.2 大型客车车内噪声的控制方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 车身结构振动-声学数值仿真分析研究
• 1.3.2 阻尼复合结构振动-声学优化设计研究
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 大型客车车身有限元建模
• 2.1 车身几何模型建模概述
• 2.1.1 车身几何模型的建立
• 2.1.2 车内声压场点位置的设定
• 2.2 车身有限元模型建模概述
• 2.3 本章小结
• 第3章 大型客车车身振动-声学仿真分析
• 3.1 车身结构模态分析
• 3.2 车室声腔模态分析
• 3.3 车身结构频率响应分析
• 3.3.1 模态频响分析的理论基础
• 3.3.2 基于模态法的车身频响分析
• 3.4 客车车内声场分析
• 3.4.1 声场分析的理论基础
• 3.4.2 基于边界元法的车内声场计算
• 3.5 客车车身薄壁结构声学贡献度分析
• 3.5.1 车身薄壁结构的阻尼分布处理方法
• 3.5.2 车身声学特性的影响因素分析
• 3.5.3 车身板块贡献度计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 薄壁阻尼复合结构的应用研究
• 4.1 阻尼复合结构特性建模
• 4.1.1 自由阻尼复合结构的有限元建模
• 4.1.2 自由阻尼复合结构的特性计算
• 4.2 薄壁阻尼复合结构的特性研究
• 4.2.1 阻尼层储能模量的影响
• 4.2.2 阻尼层厚度的影响
• 4.2.3 阻尼材料泊松比的影响
• 4.3 汽车薄壁阻尼复合结构的声辐射特性
• 4.3.1 声辐射特性的理论基础
• 4.3.2 汽车薄壁阻尼复合结构的声辐射灵敏度分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于响应面法的车身阻尼复合结构优化设计
• 5.1 响应面设计法的基本原理
• 5.2 中心组和实验设计
• 5.2.1 中心组合实验设计方案
• 5.2.2 基于中心组合实验的响应面设计流程
• 5.3 阻尼复合结构的响应面建模
• 5.3.1 实验模型的参数选择
• 5.3.2 响应面模型的建立
• 5.4 响应面模型的最优解分析
• 5.4.1 二阶响应曲面的分析
• 5.4.2 基于MATLAB 的响应面模型寻优
• 5.4.3 车身阻尼处理后的车内场点声压响应分析
• 5.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢