日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改的某乘用車車內(nèi)轟鳴分析

2022-02-07 15:07:23·  來源：汽車NVH云講堂  
　
[摘要]針對某乘用車存在的加速3950rpm處車內(nèi)轟鳴聲問題，對整車模態(tài)及車身靈敏度進(jìn)行測試，分析出引起車內(nèi)轟鳴的主要原因，并在靈敏度分析的基礎(chǔ)上，將結(jié)構(gòu)動力
[摘要]針對某乘用車存在的加速3950rpm處車內(nèi)轟鳴聲問題，對整車模態(tài)及車身靈敏度進(jìn)行測試，分析出引起車內(nèi)轟鳴的主要原因，并在靈敏度分析的基礎(chǔ)上，將結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改技術(shù)應(yīng)用到試驗?zāi)Ｐ蜕?，分析基于質(zhì)量、剛度和阻尼的局部修改方法。綜合考慮轟鳴控制效果、成本和重量等因素，本文通過多方案設(shè)計確定在機(jī)艙右縱梁處增加動態(tài)吸振器，使得車內(nèi)聲壓級降低6dB(A)，為乘用車車內(nèi)轟鳴問題的工程分析與控制提供參考。
關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改，模態(tài)試驗分析，頻響函數(shù)，轟鳴
前言
結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改（SDM）技術(shù)[1-4]通過修改質(zhì)量、剛度、阻尼等物理特性改變結(jié)構(gòu)的固有屬性以降低振動水平，避開共振頻率，提升動態(tài)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于汽車，飛機(jī)，機(jī)床等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中[5]。結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改可通過仿真分析和試驗的方法進(jìn)行[6-7]，有限元分析技術(shù)成本低效率高且能預(yù)測振動噪聲水平，但分析精度依賴于有限元模型的建模精度；而基于試驗的結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改分析精度高，但需要產(chǎn)品樣件多次修改并進(jìn)行試驗，時間和資金消耗較大[8]。鑒于以上兩種方法的優(yōu)缺點，可將仿真與試驗相結(jié)合，通過實際測量所得數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，并將結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改技術(shù)應(yīng)用到建立的數(shù)學(xué)模型中，通過仿真進(jìn)行大量的模型修改快速準(zhǔn)確的得到合適的修改方式。將這種修改應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)中，再次進(jìn)行振動噪聲測試，根據(jù)試驗結(jié)果驗證修改方式。這種方法雖然需要多次“模型修改”，但只需兩次振動測試試驗便能得到準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改結(jié)果，既節(jié)省費用，又提高效率。國內(nèi)外學(xué)者采用上述基于試驗的SDM方法做了大量研究，如Yong-Hwa Park[9]等應(yīng)用SDM技術(shù)有效地降低了車內(nèi)振動和噪聲；Sestieri[10]通過在發(fā)動機(jī)體薄弱點上增加質(zhì)量塊減小頻響函數(shù)的幅值，從而控制輻射噪聲等。
在汽車前期開發(fā)中，為了滿足車輛動態(tài)響應(yīng)設(shè)計要求，降低車內(nèi)振動噪聲，提高車輛NVH性能，需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行一定的動力學(xué)修改。由于汽車采用大量的焊接和螺栓連接，部件間通過焊接密封膠或結(jié)構(gòu)膠等進(jìn)行膠粘和密封以減少振動噪聲，使得汽車成為非線性結(jié)構(gòu)，增大了有限元理論模型的建模難度。并且在產(chǎn)品開發(fā)初期，處于基礎(chǔ)車逆向分析階段時，甚至沒有完整的有限元模型，因此采用基于試驗的SDM方法不僅能保證模型的準(zhǔn)確性，還能對汽車結(jié)構(gòu)動力學(xué)進(jìn)行預(yù)測，指導(dǎo)汽車車身等結(jié)構(gòu)的開發(fā)。
本文針對某乘用車加速過程中3950rpm處車內(nèi)存在轟鳴的問題，通過SDM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改，快速有效地降低轟鳴聲，提高了工程效率。
1.SDM 技術(shù)理論
可將50-200Hz頻率范圍內(nèi)的車身系統(tǒng)視為線性離散的N自由度模型，其彈性體結(jié)構(gòu)可用振動微分方程的一般形式表示[11]：
式中M、K和C??M??K分別為系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和比例阻尼矩陣，其中?和?為比例常數(shù)，??x、?x和x分別為各個節(jié)點的加速度、速度和節(jié)點位移向量，F(xiàn)為力向量。結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改需在原模型基礎(chǔ)上改變其參數(shù)矩陣的質(zhì)量、剛度和阻尼，上式方程可修改表示為：
其中?M，?C和?K分別表示為參數(shù)矩陣中質(zhì)量，阻尼和剛度的修改量。使用模態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換q?x?，由于特征向量滿足正交特性：
在方程（2）左乘? T,可得：
且通常是非對角陣，在模態(tài)坐標(biāo)下變換所得的運動方程是耦合的：
考慮系統(tǒng)無阻尼自由振動，方程可表為：
求解結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改后的特征值問題為：
使用新的模態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換q?qm?m，并且左乘 ?mT，可以得到新的特征值A(chǔ)m和特征向量?m，獲得如下轉(zhuǎn)換：
通過上式方程，非耦合的運動方程（5）可表示為：
結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改后固有頻率可從特征值矩陣?m中獲得，而修改后的模態(tài)陣型可表示為? ?? ? m，同時，物理坐標(biāo)為
本文通過模態(tài)試驗所得頻響函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，即質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣。將結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改技術(shù)應(yīng)用到建立的數(shù)學(xué)模型中，通過多次局部增加質(zhì)量塊、彈簧阻尼系統(tǒng)及動態(tài)吸振器的方式獲得新的特征值和特征向量，再重構(gòu)出修改后的頻響函數(shù)，關(guān)系如下[4] 。
其中，Hb (? )為基線結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)矩陣，Hm (? )為修改結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)矩陣。通過結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改技術(shù)減小問題頻率處頻響函數(shù)幅值，控制相同工況激勵下的響應(yīng)，從而降低車內(nèi)噪聲水平，快速獲得合適的工程修改方案。并再次進(jìn)行試驗驗證，對修改方案進(jìn)行有效性評估，提升了實際工作中結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改的工作效率。
2. 工程應(yīng)用
2.1 問題描述
在某四缸機(jī)乘用車項目開發(fā)階段，主觀評價發(fā)現(xiàn)該車在2擋全負(fù)荷加速過程中，4000rpm左右車內(nèi)存在嚴(yán)重轟鳴。在車內(nèi)四個乘員右耳位置布置4個麥克風(fēng)，進(jìn)行2擋全負(fù)荷加速噪聲測試，如圖1所示。通過客觀測試分析發(fā)現(xiàn)車內(nèi)駕駛員右耳位置聲壓級在3950rpm出現(xiàn)明顯峰值，并且發(fā)動機(jī)二階曲線在3950rpm也存在峰值，如圖2所示。通過分析車內(nèi)噪聲的三維譜圖可知車內(nèi)在132Hz處存在明顯共振帶，該共振帶是引起3950rpm加速轟鳴的主要原因，如圖3所示。
2.2 原因分析
為了分析引起轟鳴的原因，對車身各接附點進(jìn)行靈敏度測試，在測試過程中，卸去動力總成、進(jìn)排氣系統(tǒng)和底盤懸架系統(tǒng)等避免各部件間耦合作用對測試結(jié)果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)右懸置、冷卻模塊左上和右上安裝點Y向到車內(nèi)的聲振傳函(NTF)和原點動剛度(IPI)曲線均在132Hz左右出現(xiàn)明顯峰值，如圖4、圖5所示，與加速轟鳴問題頻率一致。
為了檢驗車身結(jié)構(gòu)固有動態(tài)特性，進(jìn)一步確定引起轟鳴的原因，對該車整車狀態(tài)下進(jìn)行自由模態(tài)測試。分別在車輛右前和左后布置兩個激振器以激勵出整車各階模態(tài)，并在車身上布置加速度傳感器獲得各頻響函數(shù)和，如圖6所示。采用最小二乘復(fù)頻域方法結(jié)合穩(wěn)態(tài)圖和頻響函數(shù)提取模態(tài)參數(shù)，得到對應(yīng)的固有頻率和模態(tài)陣型。通過整車模態(tài)測試結(jié)果分析可知，在132Hz存在模態(tài)，其模態(tài)頻率與整車加速噪聲轟鳴頻率一致，對應(yīng)的模態(tài)振型如圖7所示，從圖中可看出主要為發(fā)動機(jī)艙縱梁模態(tài)，且右側(cè)變形大于左側(cè)。結(jié)合車身各接附點靈敏度分析和整車模態(tài)分析可以得出發(fā)動機(jī)機(jī)艙右縱梁處結(jié)構(gòu)薄弱。
2.3靈敏度分析
由上文可知，發(fā)動機(jī)機(jī)艙縱梁模態(tài)是引起車內(nèi)轟鳴的主要原因，故需提升該結(jié)構(gòu)強度，降低132Hz處發(fā)動機(jī)機(jī)艙縱梁模態(tài)振幅，從而減小振動能量，改善轟鳴聲，提高乘坐舒適性。本文對132Hz頻率響應(yīng)函數(shù)幅值變化進(jìn)行靈敏度分析和結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改，為制定修正方案奠定基礎(chǔ)。表1所示為發(fā)動機(jī)機(jī)艙右縱梁處增加質(zhì)量塊，改變局部剛度及增加動態(tài)吸振器的變化參數(shù)，通過改變這些參數(shù)得到132Hz對應(yīng)頻響函數(shù)幅值的變化率，計算公式如下：
其中H表示原狀態(tài)下132Hz對應(yīng)頻響函數(shù)幅值，ih表示結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改后對應(yīng)的頻響函數(shù)幅值。圖8給出了發(fā)動機(jī)機(jī)艙縱梁右懸置處分別增加質(zhì)量塊，改變局部剛度，增加動態(tài)吸振器后132Hz頻率處頻響函數(shù)幅值對應(yīng)的變化率，其中，幅值變化率越大結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度越高。從圖6可知，增加動態(tài)吸振器后132Hz頻率處幅值變化最敏感，且隨著吸振器質(zhì)量的增加，幅值顯著降低，但增加到1.6Kg后變化率趨于平穩(wěn)；質(zhì)量塊次之，隨著質(zhì)量塊增大，頻響函數(shù)幅值也有所降低；但改變發(fā)動機(jī)機(jī)艙右縱梁局部剛度對幅值變化影響很小。
2.4 DOE方案設(shè)計
增加動態(tài)吸振器和質(zhì)量塊都能調(diào)整132Hz頻率處頻響函數(shù)幅值，下面提出三種方案對車身右側(cè)機(jī)艙縱梁進(jìn)行擾動，降低發(fā)動機(jī)機(jī)艙縱梁模態(tài)的振動能量，以達(dá)到減振降噪的效果。由于增加質(zhì)量塊后頻響函數(shù)幅值變化率呈線性增加，考慮工程實際應(yīng)用，方案一在發(fā)動機(jī)機(jī)艙右縱梁處增加3.5Kg的質(zhì)量塊；動態(tài)吸振器質(zhì)量增加到一定程度后幅值變化率趨于平穩(wěn)，故方案二在發(fā)動機(jī)機(jī)艙右縱梁處增加132Hz頻率1.5Kg質(zhì)量的動態(tài)吸振器；綜合質(zhì)量塊和動態(tài)吸振器對頻響函數(shù)幅值的影響，方案三同時增加3.5Kg質(zhì)量塊和132Hz頻率1.5Kg質(zhì)量的動態(tài)吸振器，如表 2 所示。
分別仿真分析以上三種方案的結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改對頻響函數(shù)的影響，獲得對應(yīng)的頻響函數(shù)曲線，如圖9所示。由圖9可知三種方案對降低頻響函數(shù)幅值都有效果，其中，增加質(zhì)量塊后132Hz頻率附近的幅值降低35%；增加動態(tài)吸振器對頻響函數(shù)幅值影響較大，幅值變化率最大達(dá)到86%；而同時增加質(zhì)量塊和動態(tài)吸振器對降低頻響函數(shù)幅值有更好的效果，132Hz頻率附近幅值降低90%。
2.5試驗驗證
通過仿真分析可知，以上三種方案下132Hz頻率處發(fā)動機(jī)機(jī)艙縱梁模態(tài)振動幅值都有所降低，但應(yīng)用到實車上仿真分析與試驗結(jié)果是否存在差異，能否降低轟鳴聲還需實際試驗進(jìn)行驗證。為了檢驗SDM仿真計算的結(jié)果可靠性，按方案三在發(fā)動機(jī)艙右縱梁處增加動態(tài)吸振器的同時增加3.5Kg的質(zhì)量塊進(jìn)行整車模態(tài)試驗，獲取頻響函數(shù)曲線，再將仿真分析獲得的結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，如圖10所示，從圖中可以看出兩條曲線具有較好的一致性，說明SDM仿真計算結(jié)果可靠性高。
下面將三種方案應(yīng)用到實車中檢驗對加速轟鳴的改善情況，分別在整車狀態(tài)下測量二檔全負(fù)荷加速過程中3950rpm處車內(nèi)聲壓級。圖 11 所示為原狀態(tài)與增加質(zhì)量塊(3.5Kg)、增加動態(tài)吸振器（132Hz）、同時增加質(zhì)量和動態(tài)吸振器后車內(nèi)駕駛員右耳處聲壓級曲線對比圖，從圖中可以看出，增加質(zhì)量塊后在3950rpm處駕駛員右耳聲壓級與原狀態(tài)相比降低3dB，增加動態(tài)吸振器后駕駛員右耳聲壓級降低6dB，同時增加質(zhì)量塊和動態(tài)吸振器后駕駛員右耳聲壓級降低8dB。表明增加動態(tài)吸振器或質(zhì)量塊都能改善轟鳴聲，但增加吸振器效果比質(zhì)量塊明顯，而同時增加質(zhì)量塊和動態(tài)吸振器效果更好，考慮到工程實際操作及成本、重量的控制，最終確定采用增加動態(tài)吸振器的方案。
3．結(jié)論
本文針對某乘用車加速過程中存在的轟鳴問題，通過車身各接附點的靈敏度測試和整車模態(tài)分析得出發(fā)動機(jī)艙右縱梁處結(jié)構(gòu)薄弱，并通過SDM技術(shù)對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改，達(dá)到減振降噪效果，得出如下結(jié)論：
(1)基于試驗的SDM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改獲得的頻響函數(shù)與相同狀態(tài)下試驗測試獲得的結(jié)果具有較好的一致性，SDM技術(shù)修正結(jié)果可靠性高。
(2) 由靈敏度分析可知，增加動態(tài)吸振器對頻響函數(shù)幅值變化最敏感，質(zhì)量塊次之，改變局部剛度影響最小。
(3) 考慮工程實際操作及成本控制，在發(fā)動機(jī)右縱梁處增加動態(tài)吸振器的方案不僅能較好的改善轟鳴聲，使車內(nèi)聲壓級降低6dB(A)，同時也控制了成本和重量，最為合理。
作者：夏金鳳1，2， 張軍1，2， 萬玉平1，2，許春民1，2，武建雙1，2
作者單位：1長安汽車股份有限公司汽車工程研究總院，重慶，401120；
2汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室，重慶，401120
來源：2017年汽車NVH控制技術(shù)國際研討會論文集
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25