汽车车身声—固系统的振动与噪声仿真及其控制

论文摘要

随着汽车业的高速发展,在确保汽车安全性、动力性能的前提下,舒适性已经越来越受到消费者的关注。本文主要以汽车车身的声—结构系统为研究对象,将有限元与边界元结合使用,实现了ANSYS与SYSNOISE的有效衔接,从而达到汽车振动噪音的预测与控制效果。借助APDL参数化语言,对汽车顶棚进行压电反馈闭环系统控制。本文在ANSYS中对汽车车身建模,并进行模态分析。结果表明,耦合系统的模态结果与车身模态及声腔模态有很强的关系；座椅的存在使得声腔模型不再对称,节线位置不连续,有座椅较无座椅时振型基本一致,只是模态频率值稍低。车内中低频20-200Hz的噪声主要是由车身板件振动引起,且发动机是主要的噪声源。本文只考虑了发动机对车身的竖向激励作用,分别对汽车的声腔以及耦合系统进行声学响应分析,获取人耳附近四个测点的声压大小,发现两种情况下的整体噪声水平相当,考虑声—固耦合后的声压峰值略高,某些峰值稍有频移。进一步对汽车车身各板件声学贡献分析,得知对峰值声压影响较大的主要正贡献板件是车身前围板、车身前后顶棚、背门、后底板。最后,对汽车顶棚进行压电反馈控制,将压电片分别粘贴于顶棚上下表面的不同位置,进行中间、纵向左右、横向反馈三种控制方式。得出结论：中间反馈控制效果很差,纵向比例反馈控制效果不佳,纵向恒值反馈控制在0.18s时就能够达到很好的效果；横向采用比例反馈控制在0.2s时就已经达到很好的控制效果。鉴于在工程中,比例反馈控制相对便捷,常用于易于控制的结构,不仅节省资源,控制效果也令人满意。因此建议选用横向比例控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车舒适性
• 1.2 汽车噪声源及控制方法
• 1.2.1 汽车噪声产生的原因
• 1.2.2 汽车噪声的控制方法
• 1.2.3 车内噪声的数值分析方法
• 1.3 国内外对于汽车振动噪音的研究现状
• 1.4 汽车车身声学处理发展趋势
• 1.5 有限元边界元在汽车结构分析的流程
• 1.6 压电陶瓷的压电性及控制原理
• 1.6.1 压电陶瓷的压电性
• 1.6.2 APDL闭环反馈控制仿真的原理
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 汽车的模态分析
• 2.1 汽车车身的结构模态计算
• 2.1.1 汽车车身模型的建立
• 2.1.2 汽车整车结构的模态分析
• 2.2 汽车车室空腔的声场声学模态分析
• 2.2.1 声场声学有限元分析理论
• 2.2.2 空腔声场声学模态分析理论
• 2.2.3 汽车车室的空腔声场模态分析
• 2.3 汽车车身声—结构系统的模态分析
• 2.3.1 声—结构耦合系统的有限元分析
• 2.3.2 汽车声—结构系统的耦合模型
• 2.3.3 汽车车身声—结构耦合的模态分析结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 汽车的谐响应分析
• 3.1 谐响应分析的理论
• 3.2 汽车车身的频率响应分析
• 3.3 汽车室内声腔的频率响应分析
• 3.4 汽车车身声-固系统的声学响应分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 声学贡献分析
• 4.1 声传递向量的概念
• 4.2 声贡献度分析概念
• 4.3 汽车乘坐室ATV计算
• 4.4 汽车车身板件的贡献度分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 车身顶棚的压电反馈控制
• 5.1 汽车车身的瞬态动力学分析
• 5.1.1 车身的模态分析
• 5.1.2 车身声—结构耦合模型的瞬态激励响应分析
• 5.2 汽车车身顶棚的振动控制
• 5.2.1 中间反馈控制
• 5.2.2 纵向两端反馈控制
• 5.2.3 横向反馈控制
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文研究内容
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢