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驾驶室声固耦合噪声仿真与实验
刘更
(西北工业大学工程设计与仿真研究所,西安,710072)

摘要:建立了结构载荷激励下驾驶室空腔声学系统和声固耦合系统的有限元模型,在 Ansys 和
中,分别采用直接法和模态叠加法得到车内噪声仿真结果,并进行了比较分析。采用 预测了驾
驶员左、右耳的声压响应,并计算得出了各壁板对驾驶员右耳总声压的贡献度。研究了驾驶室各壁板设计
参数变化时,对车内声场影响的灵敏度。设计了长方体盒子的振动噪声实验,对比分析了实验数据和仿真
结果。
关键词:模态叠加法;声固耦合;贡献度;灵敏度;实验
Sound-Structure-Interaction Noise Simulation of Cab and Experiment
Liu Geng
(Northwestern Polytechnical University, Xi’an, 710072)
ABSTRACT: A finite element model of cavity acoustics and the sound-structure-interaction system by exterior
structured loads are established. The results of cab interior noise simulation are obtained by Ansys and ,
respectively with the direct method and the modal superposition method. The acoustic responses at the driver’s
ears are predicted, and the panel acoustic contribution analysis (PACA) is done. When the panels’ parameters are
changed, the sensitivities of different panels to the interior acoustic field are studied. At last, vibration and noise
experiment is designed. The simulation results obtained by the modal superposition method agree well with
experiment ones.
KEYWORDS: modal superposition method; sound-structure-interaction; PACA; sensitivity; experiment
1 引言
车内噪声主要是由发动机、传动系、轮胎、液压系统及结构振动引起,产生的振动、噪
声经过悬架系统、车身结构等的放大作用以结构噪声或空气噪声的形式进入驾驶室室空腔,
形成车内噪声,这将直接影响到汽车产品的声学品质。所以提高汽车NVH(Noise vibration
harshness)特性研究的主要任务是预测并分析驾驶室内的噪声,从而实现驾驶室的动态择优
声学设计[1-4]。
对于车内噪声而言,20-200Hz是一个值得重视的特殊频段,因为 20Hz是人听到的最低
频率,而 200Hz以下频率是车身结构振动引起的车内噪声集中的频率,在如此低的频率范围
内,常规的吸声降噪措施作用不大。为解决这个问题,首先就要对驾驶室内部声学特性进行
声学动态特性分析。1984 年,美国通用汽车的Sung和Nefske[5]应用有限元方法对完整车身内
部结构噪声进行了分析,并首次考虑了车身结构和声场的耦合作用。近些年来国内许多研究
者在采用有限元方法对驾驶室低频噪声的计算机仿真领域也进行了不懈的努力和探索[6,7]。
但是,通常的以结构位移和声压为自由度的声振耦合有限元模型是非对称的,对于大型声固
耦合系统的求解与分析带来不便。
车身各板件的不同区域对于驾驶室内部空间任意位置声压的贡献是不同的,在结构修改
之前有必要进行面板声学贡献度分析(PACA),以确定对驾驶室内噪声影响最大的结构板
件[8, 9]。此外,在结构动态设计中,常常有多个设计参数可供调整,但对于每个变量参数而
言,其值的变化对结构性能的影响是不同的[10, 11]。如何选择对结构动态特性影响最灵敏的
变量,作为调整的主参数,需要计算目标函数对设计变量的导数,即进行设计灵敏度分析,
这对于提