1、西安航空职业学院毕业论文基于车辆实际结构的噪声仿真分析方法姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘 要：本文以双层客车为研究对象，基于车辆实际结构建立仿真模型。采用有限元法对不锈钢板件进行隔声仿真分析并将其等效为 SEA 板；建立包含声学参数的复杂子系统的仿真模型，通过试验数据修正仿真仿真模型，保证模型的准确性；建立整车噪声仿真模型，并对其进行噪声评估；根据预测结果分析噪声的主要传递路径，并进行设计优化，为车辆的减振降噪设计提供理论依据。关键词：实际结构；SEA；减振降噪；子系统；整车噪声是影响轨道车辆舒适性的主要因素，且与各系统密切相关，在设计阶段就应提前预测噪声水
2、平，从而达到控制噪声的目的，因此建立准确的噪声仿真模型尤为必要。本文根据车辆的实际结构建立噪声的仿真模型。每个子系统的仿真模型都需要试验数据验证以保证模型的准确性。本文以地板为例，介绍了复杂子系统的建模方法。然后建立整车仿真模型，评估车辆的噪声水平，根据仿真结果进行设计优化。1 子系统隔声仿真分析为保证整车仿真模型的准确性，需要对关键子系统单独进行仿真分析，通过试验数据来修正仿真模型，使模型预测结果准确可信。首先对车体不锈钢结构进行隔声仿真分析，然后结合车辆的实际噪声设计结构，建立复杂子系统的仿真模型。1.1 子系统隔声仿真分析不锈钢板件隔声仿真分析采用有限元法，板件隔声测试时窗口尺寸一般为
3、1m1m。采用有限元法分析时，由于结构尺寸较大，网格数量较多，在高频时运算较困难，因此在高频时采用周期尺寸模型的方法，可有效缩短运算周期。全尺寸模型与周期尺寸模型如下图 1、图 2 所示：图 1 地板全尺寸模型（1.0m 1.0m） 图 2 地板周期尺寸模型（0.5m0.2m）1.2 SEA 模型等效由于波纹板不能直接添加阻尼、隔声、吸声等参数进行负责子系统的隔声量仿真，因此需要将其等效为 SEA 子系统模型。SEA 模型等效结果如图 3 所示：图 3 不锈钢地板等效结果对比分析1.3 内地板隔声仿真分析内地板采用酚醛复合地板，外侧为酚醛树脂，芯材为巴莎木。酚醛复合地板较铝蜂窝地板、复合木地板
4、具有耐潮，重量轻，使用寿命长，防火、隔声性能好好等优点。根据材料的物理属性建立多层板结构，进行隔声量仿真分析，并用试验数据修正模型，使仿真与试验结果保持一致。内地板隔声仿真结果如图 4 所示：图 4 内地板试验与仿真对比1.4 复杂子系统仿真分析根据车内噪声水平，合理分配各子系统的噪声指标，对地板区域进行初步减振降噪设计。设计方案如图 5 所示：图 5 地板区域噪声设计结构对组合地板进行隔声仿真分析，从能量流中可看出，地板支撑的刚度对组合地板的隔声性能影响较大，如图 6 所示。内饰地板的能量大部分来源于通过结构连接（Isolators）传递过来。因此降低地板支撑的连接刚度可有效降低结构传递噪声
5、。图 6 地板仿真贡献量分析2 整车噪声仿真分析2.1 各子系统声学系统子系统声学指标考虑了各子系统的结构，且子系统采用了各种声学处理方式（包含阻尼浆，吸声材料等） 。各子系统的隔声曲线如图 7 所示：图 7 各子系统隔声曲线2.1 噪声源双层客车车辆噪声源主要包括轮轨噪声和空调本体辐射噪声、空调出风口噪声和空调回风口噪声及结构振动噪声。噪声源数据均采用既有车辆的实测值。各声源的频谱曲线如下图8-11 所示：图 8 轮轨噪声 图 9 结构振动噪声图 10 空调出风口声功率 图 11 空调回风口声功率2.3 整车噪声仿真模型建立车辆的多层结构统计能量模型，整车模型包括地板、侧墙、顶板、车门、车窗
6、、风挡、内饰板、吸声材、隔声毡等关键部位。其中各子系统的声学特性需通过各子系统的声学试验对其进行修正。图 12 整车噪声仿真模型2.4 噪声结果分析对整车模型进行初步的噪声仿真分析，该模型对车门区域根据车辆声学测试结果设置泄露。计算结果如图 13 所示：图 13 噪声仿真结果从分析结果可以看出，车门位置的噪声为 75.4dBA，超出目标值 0.4dBA，其他位置均能满足噪声指标要求。3 基于模型的设计优化车门位置的噪声略大于设计目标，需要对此区域进行声学设计设计。首先分析该区域噪声的主要贡献量及传递路径。从能量流可以看出，车门区域噪声主要来源于：1、低频段（50-200Hz）主要来源于地板的结
7、构传声；2、高频段（1000-4000Hz）主要是来源于车门密封。分别针对主要传递路径进行设计优化。图 14 车门位置噪声贡献量分析3.1 地板连接刚度对车内噪声的影响对于车门区域的声腔来说，在低频区域主要是地板的结构噪声在 80Hz 处的峰值造成的。分析内饰地板的能量流，如图 15 所示。图 15 内饰地板贡献量分析能量流显示，内饰地板的能量大部分来源于结构连接（Isolators） 。目前设计方案，内饰地板与外地板几乎刚性相连，导致结构传递噪声非常明显。降低地板之间的连接刚度至2e5N/m， 车门位置的噪声由 75.4dBA 降低至 74.6dBA。3.2 车门密封对车内噪声的影响降低地板
8、的连接刚度使得从地板传递至车内的能量减少，车门成为车内噪声的主要路径，车门本身的隔声量为 33dBA，很难继续增加隔声量。因此需设计车门密封，抑制车门的声泄露，无泄漏时车内噪声可降低至 73.9dBA，满足车内噪声指标。图 16 改变地板刚度后车门的贡献量分析6 结语本文对车辆子系统及整车进行了噪声仿真分析。以地板为例，详细介绍了子系统及整车噪声仿真的方法和流程，并对车内噪声水平进行了初步评估。根据评估结果，车门处噪声略大于噪声设计指标。对超标位置进行贡献量及传递路径分析，主要来源于地板连接刚度和车门密封。针对传递路径进行设计优化，改变地板连接刚度和控制车门密封，车内噪声最终可降低至 73.9
9、dBA，最终满足车内噪声指标。参考文献：1 马建敏,李农胜,肖灿单.用 SEA 法研究板及加筋板的隔声量J. 陕西机械学院学报,1993,9(3):234-238;2 F.X.X. C. Shen, T.J.Lu. Theoretical model for sound transmission through finite sandwich structures with corrugated core J.International Journal of Non-Linear Mechanics. 2011;3 姚德源,王齐政. 统计能量分析原理及其应用M.北京：北京工业大学出版社,199
10、54 王齐政,张建华,马道远.统计能量分析混响声场中吸声系数与损耗因子关系研究J.强度与环境，2006(4):13-16;5 Yuet-Yan Pang, Ulf Orrenius, Bert Stegemann, Svante Finnveden. Modelling sound transmission through floor structures in trains based on extruded profiles J.Proceedings of the Vibro -Acoustic Users Conference, 2004;6 张海澜. 理论声学M. 北京：高等教育出版社, 2012.7.致 谢在本论文的写作过程中，我的导师*老师倾注了大量的心血，一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。
