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基于多目标形貌优化的缸盖罩低噪声设计

西南交通大学学报 2012年第6期47卷 1064-1068页

作者：王连生郝志勇景囯玺浙江大学能源工程学系浙江杭州310027

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目... 详细信息

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目标形貌优化,并考虑装配、加工工艺性等因素重新设计了缸盖罩CAD模型.在保持边界条件一致的情况下,对重新设计后的缸盖罩进行噪声分析,结果表明:改进后的缸盖罩整体刚度得到加强,关键频率避开了主要辐射噪声共振频率区域,总声功率级下降3.5 dB(A).

关键词：缸盖罩多目标形貌优化折衷规划低噪声

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基于多目标形貌优化方法的低噪声油底壳研究

振动．测试与诊断 2014年第3期34卷 467-472,589页

作者：张俊红王健刘海何文运李林洁天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

为了有效降低油底壳的辐射噪声,在设计阶段对初始油底壳的振动噪声水平进行了预测和评估,据此提出了以下结构优化方案:结合模态试验技术建立准确的初始油底壳辐射噪声预测数值模型,根据噪声预测结果,识别出对油底壳整体辐射噪声贡献度... 详细信息

为了有效降低油底壳的辐射噪声,在设计阶段对初始油底壳的振动噪声水平进行了预测和评估,据此提出了以下结构优化方案:结合模态试验技术建立准确的初始油底壳辐射噪声预测数值模型,根据噪声预测结果,识别出对油底壳整体辐射噪声贡献度较大的峰值频率;结合油底壳自身固有频率,以降低油底壳整体辐射噪声为总目标,以降低预测噪声频谱中各主要峰值频率成分为子目标,建立多目标优化函数,进行油底壳结构形貌优化设计。结果表明,优化前整体噪声声压级为100.23dB,在合理布置板材冲压加强筋后,整体噪声降低了2.79dB。此优化方案减少了单目标形貌优化"设计-试验-改进设计"的重复性和主观性,降低了产品设计的成本,缩短了产品开发周期。

关键词：油底壳多目标形貌优化结构优化噪声预测

基于流固耦合和模态参与因子的低噪声油底壳优化设计研究

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内燃机工程 2016年第3期37卷 105-110页

作者：张俊红王健孙少军毕凤荣李忠鹏朱传峰天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 潍柴动力股份有限公司潍坊261041

进行了流固耦合油底壳模型的振声预测,结果与试验吻合较好。结合模态参与因子和声功率级曲线确定了优化目标,采用多目标形貌优化对油底壳进行低噪声结构优化设计,通过合理增添加强筋,优化后总辐射声功率级降低了2.1dB。对塑化后的PA66... 详细信息

进行了流固耦合油底壳模型的振声预测,结果与试验吻合较好。结合模态参与因子和声功率级曲线确定了优化目标,采用多目标形貌优化对油底壳进行低噪声结构优化设计,通过合理增添加强筋,优化后总辐射声功率级降低了2.1dB。对塑化后的PA66工程塑料油底壳进行了噪声预测,与原金属油底壳相比,塑料油底壳减重30%,噪声降低了3.4dB,综合性能优异。研究结果表明:对油底壳进行结构优化和塑化均取得明显降噪效果,为低噪声油底壳设计提供了新思路。

关键词：内燃机油底壳流固耦合模态参与因子多目标形貌优化

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基于多目标优化的钢-铝混合轻量化车架设计

中国机械工程 2014年第17期25卷 2402-2407页

作者：辛勇叶盛南昌大学南昌330031

以国产某SUV车架为研究对象,建立了车架有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度分析,并进行模态分析和模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定了材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成铝合金,得到钢-铝混合轻量化车架。... 详细信息

以国产某SUV车架为研究对象,建立了车架有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度分析,并进行模态分析和模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定了材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成铝合金,得到钢-铝混合轻量化车架。针对钢-铝混合轻量化车架刚度和模态性能的减弱问题,采用基于折中规划法的多目标形貌优化方法对部件进行优化改进,提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明,使用钢、铝材料结合多目标优化方法设计的钢-铝混合轻量化车架相比原钢质车架在保证一定的刚度和模态性能条件下,质量减轻了6.7 kg。

关键词：车架正交试验钢铝混合多目标形貌优化轻量化

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矿车驾驶室低频结构噪声分析与优化

计算机仿真 2018年第4期35卷 88-93页

作者：李伟平孙攀管加团莫少杰湖南大学汽车车身先进制造国家重点实验室湖南长沙410082

针对矿用自卸车驾驶室内部振动噪声显著的问题,提高驾驶员乘坐舒适性,建立驾驶室结构有限元模型和声腔有限元模型进行声场声振耦合分析,确定噪声峰值和对应的频率。对峰值噪声进行驾驶室板件声学贡献量分析,找出贡献量最大的板件,再对... 详细信息

针对矿用自卸车驾驶室内部振动噪声显著的问题,提高驾驶员乘坐舒适性,建立驾驶室结构有限元模型和声腔有限元模型进行声场声振耦合分析,确定噪声峰值和对应的频率。对峰值噪声进行驾驶室板件声学贡献量分析,找出贡献量最大的板件,再对引起板件局部振动剧烈的驾驶室模态进行模态参与因子分析,进行多目标形貌优化。通过结构改进,提升了板件刚度,仿真结果表明,优化后的结构对改善驾驶室内部声学环境有明显的效果,说明板件多目标形貌优化对解决多频噪声峰值优化问题有指导意义。

关键词：模态声学有限元法板件声学贡献模态参与因子多目标形貌优化

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装载机驾驶室声振耦合特性及优化设计研究

装载机驾驶室声振耦合特性及优化设计研究

作者：李忠鹏天津大学

学位级别：硕士

我国现代工程机械向着大型化、复杂化、和高功率化方向迅猛发展,由此产生的振动噪声问题也日渐突出。装载机作为一种广泛应用的大功率工程机械,其驾驶室室内声场环境的优劣越来越受到人们的重视,有效降低室内噪声对于改善人机环境具有... 详细信息

我国现代工程机械向着大型化、复杂化、和高功率化方向迅猛发展,由此产生的振动噪声问题也日渐突出。装载机作为一种广泛应用的大功率工程机械,其驾驶室室内声场环境的优劣越来越受到人们的重视,有效降低室内噪声对于改善人机环境具有重要意义。本文依托装载机低噪声改进关键技术研究课题,以某轮式装载机驾驶室为研究对象,通过仿真分析及实验测试等手段,对驾驶室振动噪声产生机理、声振耦合特性、振动特性及室内声场、结构优化等内容进行了深入研究,为低噪声驾驶室优化设计提供了技术路线,有效降低了室内噪声水平,改善了声场环境。主要研究内容如下:本文首先基于某型轮式装载机驾驶室建立驾驶室结构有限元模型、室内声腔有限元模型,通过节点关联构建声振耦合有限元模型,分别仿真计算结构模态、声腔模态及声振耦合模态,并对驾驶室声振耦合特性进行分析;基于结构模态与声振耦合模态相关性参与因子,研究声腔与结构的相互作用;采用单激励多响应法进行模态试验,验证所建声振耦合模型的准确性,为进一步分析研究提供模型基础。准确建立声振耦合模型后,本文实测典型工况下驾驶室悬置后激励信号,作为声振耦合模型的激励输入,采用模态叠加法进行频率响应分析,研究驾驶室结构对于激励的振动特性;将振动响应结果作为声学计算的边界条件,采用声学有限元法对驾驶员人耳处声压进行虚拟预测,并基于预测结果对驾驶室声场特性进行分析。为了表征驾驶室结构与声腔的共振特性及对于能量输入的缩放效果,本文进行驾驶室声学灵敏度分析,同时为板件贡献度分析及结构优化提供参考目标频率;确定关键分析目标频率,采用声传递向量法进行板件贡献度分析,找到引起关键频率噪声峰值的主要结构板件,为结构优化提供有效优化区域。在以上研究的基础上,本文分析驾驶室工作典型工况,结合声学灵敏度分析及声压虚拟预测结果确定柔度及频率等优化目标,采用折衷规划法和平均频率法,将驾驶室静态整体刚度和多阶目标频率归一为Euclidean距离的多目标函数,以自由起肋形式对驾驶室进行多目标形貌优化,有效避免了单频优化频率震荡现象,得到整体优化目标的Pareto最优解;同时基于实际制造及冲压工艺,结合板件贡献度分析结果,以直线型肋板定义约束类型,对特定板件进行形貌优化;分别对优化模型进行修正施加相同边界条件并进行二次声压虚拟预测,结果表明结构优化有效降低了驾驶室室内噪声,改善了声场环境。

关键词：驾驶室声振耦合声学灵敏度板件贡献度多目标形貌优化低噪声

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校车侧翻CAE分析及车身结构轻量化研究

校车侧翻CAE分析及车身结构轻量化研究

作者：叶盛南昌大学

学位级别：硕士

当今汽车面临的主要问题是安全、节能和环保，对汽车结构同时进行耐撞性和轻量化设计是目前汽车研究的主要方向和节能减排的有效手段。校车作为学校的专用客车，是城市和乡镇公路上的一种重要的交通工具，且在中国有十分广阔的市场前景... 详细信息

当今汽车面临的主要问题是安全、节能和环保，对汽车结构同时进行耐撞性和轻量化设计是目前汽车研究的主要方向和节能减排的有效手段。校车作为学校的专用客车，是城市和乡镇公路上的一种重要的交通工具，且在中国有十分广阔的市场前景，因此对校车的安全性和轻量化研究将具有十分重要的实用价值。本文以某国产校车为研究对象，利用CATIA建立三维CAD模型，并利用有限元方法对车身进行初步的刚度和模态分析，分析其在弯曲和扭转工况下的变形情况以及各阶的自由模态大小情况，此外还做了校车在加速、制动和转弯三种工况下的强度分析，验证了车身结构刚度和强度符合设计要求，得到车身模态第一阶频率为12.98Hz，第六阶频率为28.09Hz，介于路面的3Hz激励和发动机的35Hz之间，验证了该校车车身设计的合理性。综合运用HyperWorks和LS-DYNA有限元软件对校车车身进行侧翻碰撞安全性分析，研究了车身结构的碰撞安全性。针对校车车身耐撞性不足的问题，对结构进行合理的改进设计，得到满足ECE-R66法规要求的安全的校车车身结构。利用OptiStruct对车身骨架进行了轻量化研究，采用灵敏度分析法结合尺寸优化法对车身底架部分纵梁截面厚度进行了优化设计;在此基础之上，使用正交试验法确定车身底架横梁材料的替换对象，采用铝合金和镁合金对研究对象进行材料替换，得到钢铝镁复合轻量化校车车身骨架结构，针对钢铝镁复合车身骨架结构的刚度和模态性能的减弱问题，采用折衷规划法的多目标形貌优化对部件进行优化设计，提高其刚度和模态性能，从而实现校车车身的轻量化设计。对轻量化后的刚铝镁复合校车车身骨架性能进行验证分析，与原型骨架结构相比，其总质量减轻了18.27kg，一阶频率提高了0.49Hz，弯曲和扭转刚度降低不大，基本满足规定的设计要求，证明了该轻量化方法是可行的。

关键词：校车车身侧翻碰撞尺寸优化多目标形貌优化轻量化

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矿用自卸车驾驶室低频噪声分析与板件优化

矿用自卸车驾驶室低频噪声分析与板件优化

作者：莫少杰湖南大学

学位级别：硕士

矿用自卸车作为大型露天矿区的主要作业工具,其行驶路况复杂多变,振动噪声问题显著,尤其是2000Hz范围内的低频结构噪声特别突出,对长期处于如此恶劣工作环境下的驾驶员的身心损害巨大。因此,改善矿用自卸车驾驶室内部的声学环境,减小振... 详细信息

矿用自卸车作为大型露天矿区的主要作业工具,其行驶路况复杂多变,振动噪声问题显著,尤其是2000Hz范围内的低频结构噪声特别突出,对长期处于如此恶劣工作环境下的驾驶员的身心损害巨大。因此,改善矿用自卸车驾驶室内部的声学环境,减小振动噪声,提高驾驶员的乘坐舒适性,将会有助于工程机械整体发展水平和工作效率的提高。本文以某重工企业自主研发的电动轮矿用自卸车作为研究对象,以Hypermesh中建立的驾驶室有限元模型为基础,针对30km/h矿用车空载行驶和满载行驶两种工况,在LMS ***软件中求解驾驶员两耳旁的噪声频率响应值,分析声压级曲线,确定噪声峰值和对应的频率。针对峰值噪声进行驾驶室的板件声学贡献量分析,找到贡献量最大的板件,再对引起板件局部振动剧烈的驾驶室模态进行模态参与因子分析,提取影响最大的模态作为板件形貌优化的目标。针对优化结果重新设计板件的表面形状,对新的驾驶室模型进行声学响应计算,再对比优化前后的噪声峰值,验证优化的效果。主要内容具体陈述如下:(1)本文首先建立驾驶室结构有限元模型和声腔有限元模型,对驾驶室模态和声腔模态以及二者的耦合模态进行分析,掌握了驾驶室内部环境的声学特性。针对30km/h空载和满载两种行驶工况,计算了驾驶室结构动态响应,并与道路加速度试验的响应值进行对比验证了结构有限元模型的可靠性。(2)将驾驶室结构-声腔耦合模型导入LMS ***软件中,在四个悬置点施加不同工况下的激励,设置分析频率为2000Hz,分别计算空载和满载时驾驶员两耳旁的声学响应,分析声压级曲线的峰值,找出噪声值超过80d B的峰值和对应的频率作为分析频率。选取驾驶室声腔表面网格,按照驾驶室的结构对其进行分组并设置阻尼系数,然后进行板件声学贡献量计算,提取分析频率下的各个板件的贡献值,通过统筹比较选取影响最大的板件作为优化对象。(3)在2000Hz范围内,找出引起选取板件振动剧烈的驾驶室模态作为分析模态,针对这些模态进行影响因子分析,再通过柱状图呈现各个选取板件的分析模态在分析频率下的影响因子,确定需要优化的模态,以其频率作为优化目标。(4)针对驾驶室需要优化的模态,以频率为目标进行单目标优化得到模态频率的目标值。利用平均频率法构建多目标函数,将模态目标值代入函数式中,以此表达式作为优化目标,对各个优化板件分别进行形貌优化。综合考虑优化后的云图和加工工艺性,设计板件表面的加强筋布置。利用改进的板件结构重新建立驾驶室有限元模型,导入软件中计算驾驶员两耳旁的声学响应,对比优化前后的声压级曲线,特别是分析频率处的噪声值,证明优化后的结构对改善驾驶室内部的声学环境有明显的效果。

关键词：矿用自卸车驾驶室低频结构噪声动态响应结构-声腔耦合模型板件贡献量分析模态参与因子多目标形貌优化