车室低频耦合噪声预测分析及基于近似模型的声学优化

作     者：李苏平 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡启国

授予年度：2016年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：低频耦合噪声 噪声预测 最优拉丁超立方设计 近似模型 声学优化 

摘      要：车辆声学舒适性已成为衡量车辆品质的重要指标,车室良好的声学环境是保证汽车乘坐舒适性的必要条件。针对车室空腔存在的既突出又难以消除的低频噪声问题,本文主要进行了如下工作:(1)建立了白车身有限元模型、整车结构有限元模型和车室空腔声场有限元模型,并对白车身和整车结构分别进行了模态分析,对空腔声场进行了声学模态分析,对车身结构与空腔声场组成的声固耦合系统进行了耦合模态分析。通过分析了解了车身结构与声场的模态特性,发现车身在左右车门、前围、顶棚和地板处存在较多的局部模态。声固耦合系统在频率157Hz61Hz的范围内,耦合模态分布十分密集,易在外界激励作用下引起共振。(2)采用白噪声过滤方法模拟路面随机不平度激励,建立了路面随机激励时域模型和整车七自由度振动动力学模型,利用Matlab/Simulink进行仿真计算,求得悬架对车身的激励力,并通过快速傅里叶变换得到悬架激励力的幅频特性曲线。对车身结构与空腔声场组成的声固耦合系统,在发动机悬置点处激励力和悬架处激励力的共同作用下,进行了基于模态的声振耦合响应分析,预测分析了车室声学环境,发现车室测点在频率158Hz、134Hz、198Hz、152Hz和78Hz处具有较高声压幅值。(3)根据板件声学贡献分析原理,将车室周围的车身结构划分为24块板件,以车身板件振动速度为边界条件,进行了板件声学贡献分析。在车室声压较高的频率处,确定了对测点声学贡献较大的板件:2p、7pw、8w、9b、10b、11b、12mq、13mh、14mq、15mh,即地板(pshell1001、pshell2001)、顶棚(pshell0001)、前围(pshell3001)和车门内板(pshell102、pshell202)。(4)以声学贡献较大板件的厚度参数t、t、t、t、t、t为因子,以车身质量m、车身第七阶模态频率sf、测点声压峰值D和声压均方根值drms为响应,在因子设计空间利用最优拉丁超立方设计方法进行试验设计,共采集了30组样本数据。利用径向基神经网络方法,建立了响应关于因子的近似模型,并对所建立的近似模型进行了误差分析。分析结果表明,所建立的径向基神经网络近似模型误差小、精度高,满足建模要求,能作为有限元模型的替代模型进行优化计算。(5)利用建立的径向基神经网络近似模型,以车身板件厚度参数t、t、t、t、t、t为设计变量,以车室测点声压峰值D最小为优化目标,以测点声压均方根值drms￡60dB、车身质量m￡0.5t和车身第七阶模态频率sf324Hz为约束条件,利用自适应模拟退火算法,对板件厚度进行优化设计。优化结果表明,D测点在158Hz处的最大声压峰值降低了4.45dB,134Hz处声压降低了5.47dB,在其他声压较高的频率处,测点声压也均明显降低,说明通过优化有效地降低了车室声压,显著地提高了车室的声学舒适性,同时也充分地证明了通过建立径向基神经网络近似模型,采用自适应模拟退火算法,对车身板件厚度参数进行优化设计方法的可行性和有效性。