NVH噪聲控制和聲學(xué)仿真分析方法

NVH噪聲控制和聲學(xué)仿真建模方法1聲學(xué)基本概念2噪聲的控制策略3聲學(xué)仿真方法4案例1聲學(xué)基本概念聲波由粒子的振動(dòng)產(chǎn)生，以波的形式傳播。聲波在空氣中傳播是縱波，聲音通過金屬介質(zhì)傳播則是橫波。聲的傳播路徑1、結(jié)構(gòu)聲，激勵(lì)源振動(dòng)通過結(jié)構(gòu)傳遞至各個(gè)板件并引起板件的振動(dòng)，從而向車內(nèi)輻射噪聲，最終傳遞至人耳處。2、空氣聲，聲源向外輻射噪聲，通過孔洞直達(dá)和板件透射到人耳處。（不能在真空中傳播）1聲學(xué)基本概念聲音聲波作用到人耳所引起的感覺稱為聲音。聲壓聲波引起的壓強(qiáng)是疊加在大氣壓之上的，疊加一個(gè)瞬時(shí)變化的微小壓力叫聲壓，單位Pa，1Pa=1N/??^2?；鶞?zhǔn)聲壓為20??Pa。聲音的測量最常用的物理量是聲壓，但是描述聲壓的大小通常用聲壓級（SoundPressureLevel，SPL），人耳可聽的聲壓幅值波動(dòng)區(qū)間20??Pa~20Pa。

聲場Pt1聲學(xué)基本概念當(dāng)聲源發(fā)出聲波后，聲波在某種彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，并占據(jù)一定的空間，我們把這個(gè)有聲波存在的空間，叫做聲場。噪聲是聲音的一種，具有聲波的一切特性，如聲波傳播發(fā)生反射、衍射、折射等，噪聲的頻譜時(shí)雜亂無章的，許多情況下噪聲信號是不確定的，在實(shí)踐上它是隨機(jī)的，所以對隨機(jī)信號必須用統(tǒng)計(jì)理論來描述。噪聲自由場（FreeField）與擴(kuò)散場（DiffuseField）

當(dāng)聲源發(fā)出聲音時(shí)，它可以通過直線傳播直接到觀察者處，或者通過反射間接到達(dá)觀察者處。反射的聲波會從墻壁、地板、天花板以及該區(qū)域內(nèi)的其他反射面進(jìn)行反射。通常，當(dāng)我們遇到聲音時(shí)，我們會同時(shí)接收到直接和反射的聲波。但是，在對聲場進(jìn)行改善的情況下，我們可以體會到兩種極端情況：1、聲場零反射，聲場內(nèi)僅存在直達(dá)聲（如消聲室）；2、聲場中的聲壓處處相等，且聲場內(nèi)無任何吸聲作用。上述這兩個(gè)極端聲學(xué)環(huán)境分別是自由場和擴(kuò)散場。1聲學(xué)基本概念全消聲室自由場擴(kuò)散場混響室接收室聲源室1、聲功率測量2、材料的吸聲系數(shù)3、聲音的傳遞損失4、板件、車門的隔聲量1聲學(xué)基本概念2噪聲的控制策略3聲學(xué)仿真方法4案例2

噪聲的控制策略分析與控制結(jié)構(gòu)的噪聲與振動(dòng)，可以將任何一個(gè)振動(dòng)噪聲系統(tǒng)按“源-路徑-接受者”模型來表示，在這個(gè)模型中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性是結(jié)構(gòu)的固有屬性，也就是結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（輸出）等于激勵(lì)（輸入）乘以頻響函數(shù)，如果頻響函數(shù)在激勵(lì)頻率處剛好有峰值，那么結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)噪聲問題。因而，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段就應(yīng)該考慮好，避免出現(xiàn)這樣的共振問題。

輸入激勵(lì)源

傳遞路徑結(jié)構(gòu)特性輸出接受者×

＝

結(jié)構(gòu)表達(dá)系統(tǒng)

x（t）h（t）y（t）輸入

輸出

Sx（f）H（f）Sy（f）數(shù)學(xué)表達(dá)為了減振降噪，應(yīng)該從這個(gè)模型中的三個(gè)方面來考慮：減少激勵(lì)源的振動(dòng)與噪聲；切斷源于接受者之間的噪聲和振動(dòng)的傳遞路徑；對接受者進(jìn)行保護(hù)。相對而言，第一和第三方面的工作要困難些，而第二方面，即修改結(jié)構(gòu)特性避免振動(dòng)噪聲問題似乎相對容易一些。比如對車身的結(jié)構(gòu)聲進(jìn)行控制，主要是通過模態(tài)來控制。因此獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)是至關(guān)重要的。而要獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，就必須進(jìn)行模態(tài)分析。2

噪聲的控制策略怠速轟鳴音振動(dòng)源動(dòng)力總成、排氣系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、散熱系統(tǒng)傳遞路徑及控制策略路徑：動(dòng)力總成振動(dòng)>懸置支架（主動(dòng)端）>懸置>懸置支架（車身側(cè)）>駕駛員或乘員耳旁聲壓。控制策略：對于動(dòng)力總成本體、懸置或懸置支架的控制策略同怠速振動(dòng)，設(shè)定懸置安裝點(diǎn)到駕駛員及乘客耳旁的NTF目標(biāo)。噪聲源動(dòng)力總成噪聲、排氣管口噪聲、空調(diào)壓縮機(jī)噪聲、散熱風(fēng)扇噪聲傳遞路徑及控制策略路徑：動(dòng)力總成、風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)等機(jī)艙內(nèi)噪聲>前圍聲學(xué)包>駕駛員或乘員耳旁聲壓?？刂撇呗裕褐贫C(jī)艙聲源到車內(nèi)人耳ATF目標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)吸音棉吸聲系數(shù)目標(biāo)，前圍外隔熱墊及內(nèi)隔音量目標(biāo)。1聲學(xué)基本概念2噪聲的控制策略3聲學(xué)仿真方法4案例聲學(xué)仿真常用的方法低頻噪聲：0——200Hz；中頻噪聲：200——1000Hz；高頻噪聲：1000Hz以上。FEA有限元法；BEM邊界元法；SEA統(tǒng)計(jì)能量法。低中高聲怎么界定？3

聲學(xué)仿真方法3

聲學(xué)仿真建模方法針對中低頻的聲學(xué)仿真建模流程。3

聲學(xué)仿真建模方法駕駛室結(jié)構(gòu)有限元模型的建立。結(jié)構(gòu)有限元模型車身結(jié)構(gòu)包括駕駛室白車身、上下儲物盒、儀表板、門板、工具箱及風(fēng)窗玻璃等。結(jié)構(gòu)單元基本尺寸為10~20mm，模型如下圖所示。3

聲學(xué)仿真建模方法車內(nèi)聲腔有限元模型的建立。聲腔有限元模型3

聲學(xué)仿真建模方法耦合系統(tǒng)有限元模型的建立聲固耦合分析模型在整體駕駛室和車內(nèi)聲腔有限元模型兩者皆建立完成后，進(jìn)行耦合模型的搭建。3

聲學(xué)仿真建模方法激勵(lì)的施加路面不平度激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)是汽車運(yùn)行時(shí)的主要激勵(lì)，其分別通過車身懸架和發(fā)動(dòng)機(jī)懸架傳遞至車身，由于路面?zhèn)鬟f至車身的激勵(lì)頻率較低，故忽略其影響將發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)作為產(chǎn)生車內(nèi)噪聲的主要激勵(lì)源。進(jìn)行頻響分析時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注20Hz～200Hz頻率范圍內(nèi)的車身頻率響應(yīng)特性。3

聲學(xué)仿真建模方法定義場點(diǎn)網(wǎng)格和求解場點(diǎn)響應(yīng)3

聲學(xué)仿真建模方法提取場點(diǎn)的聲學(xué)響應(yīng)函數(shù)聲壓響應(yīng)曲線針對中高頻的SEA建模。SEA分析模型3

聲學(xué)仿真建模方法3

聲學(xué)仿真建模方法聲學(xué)包定義為達(dá)到整車NVH性能而設(shè)計(jì)的聲學(xué)材料包裝，如前圍隔音墊、地毯、引擎艙蓋隔熱棉、頂棚吸音棉等；聲學(xué)包是在從噪聲源到整車車內(nèi)傳播路徑中合理使用的手段，有效阻隔噪聲在傳播過程中傳遞的一種實(shí)用方法。1、噪聲源降噪材料整車噪聲主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲、路噪、進(jìn)排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲、風(fēng)噪等，針對每一種噪聲，均可以采用不同的聲學(xué)包來處理。針對發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲主要采用吸隔音、阻隔密封材料，針對路噪主要采用阻尼減振材料，針對進(jìn)排氣、風(fēng)扇噪聲主要采用吸隔音、阻隔密封材料、針對風(fēng)噪主要采用阻隔密封材料。2、聲學(xué)包材料作用部位整車不同位置采用不同聲學(xué)包材料，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋隔熱墊、前后輪罩（棉氈、吸音棉等）、頂棚吸音棉、車門吸音棉、前圍隔音墊、地毯等。3

聲學(xué)仿真建模方法3

聲學(xué)仿真建模方法建模仿真流程前面已將整車不同噪聲源的聲學(xué)包解決方案以及聲學(xué)包作用位置進(jìn)行了概述，但實(shí)際車型中針對每一個(gè)問題點(diǎn)均可以通過整車聲學(xué)包仿真來解決，當(dāng)前各大主機(jī)廠均采用VAOne軟件進(jìn)行聲學(xué)包仿真，有效解決了整車的振動(dòng)噪聲問題點(diǎn)。采用VAOne進(jìn)行聲學(xué)包仿真的主要流程如圖所示，關(guān)鍵在于模型清理（如何處理模型是分析精確的前提）、SEA模型建立（SEA模型的搭建是聲學(xué)包加載的基石）、聲學(xué)包建立（聲學(xué)包建立的準(zhǔn)確性是整個(gè)仿真的關(guān)鍵）、聲學(xué)包優(yōu)化（優(yōu)化方案的選擇是減重降成本的重點(diǎn)）。3

聲學(xué)仿真建模方法子系統(tǒng)劃分子系統(tǒng)SEA建模和仿真是整車聲學(xué)包仿真的基礎(chǔ)，因此這里重點(diǎn)闡述下如下需要如何清理和劃分有限元模型并進(jìn)行子系統(tǒng)SEA建模的方法。整車FE模型半車模型機(jī)艙蓋模型防火墻模型地板模型儀表板模型……3

聲學(xué)仿真建模方法子系統(tǒng)SEA建模模型的清理主要把無關(guān)部件以及筋梁等刪除，留下關(guān)鍵的大面積的子系統(tǒng)板件，重要子系統(tǒng)包括防火墻、地板、車門等。在進(jìn)行整車仿真前，需要先對關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真優(yōu)化，并為整車聲學(xué)包優(yōu)化提供指導(dǎo)。如下圖為防火墻的SEA模型。3

聲學(xué)仿真建模方法子系統(tǒng)建模對關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化建模，主要包括防火墻和地板。以防火墻為例，根據(jù)激勵(lì)源重要區(qū)域、不同板厚區(qū)域、關(guān)鍵過孔區(qū)域、加強(qiáng)版區(qū)域等劃分不同區(qū)域，建立完的防火墻SEA模型如圖所示。3

聲學(xué)仿真建模方法以1801車型為例，首先需要搭建整車SEA模型，依據(jù)建模仿真流程對整車模型進(jìn)行清理，保留重要子系統(tǒng)板件，分別導(dǎo)入防火墻FE模型、地板FE模型、四門兩蓋模型等，考慮模態(tài)數(shù)原則完成整車SEA模型搭建。如圖所示。整車SEA建模3

聲學(xué)仿真建模方法整車聲學(xué)包優(yōu)化整車聲學(xué)包優(yōu)化和子系統(tǒng)優(yōu)化主要基于工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也可以采用軟件中的優(yōu)化模塊，優(yōu)化模塊可以對節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、材料的密度和流阻、SEA板厚度、聲學(xué)包厚度、聲學(xué)包覆蓋率進(jìn)行優(yōu)化。3

聲學(xué)仿真建模方法材料參數(shù)定義與聲學(xué)包建模鈑金件和內(nèi)飾塑料件的材料參數(shù)定義主要包括板厚、密度、彈性模量、泊松比，同時(shí)需要重點(diǎn)考慮板件的阻尼損耗因子和模態(tài)密度，這兩項(xiàng)參數(shù)可以通過測試得到，另外阻尼損耗因子也可以來自于聲學(xué)包材料，模態(tài)密度也可以通過仿真得到。聲學(xué)包主要包括兩大類，纖維類材料和發(fā)泡類材料，纖維類有六大聲學(xué)參數(shù)，發(fā)泡類材料有九大聲學(xué)參數(shù)。前圍內(nèi)隔音墊為纖維類材料，地毯為纖維類+發(fā)泡類材料，另外也可以通過吸聲系數(shù)和插入損失來表示聲學(xué)包材料。防火墻和地板的基礎(chǔ)聲學(xué)包狀態(tài)如下表所示。子系統(tǒng)聲學(xué)包材料組成基礎(chǔ)厚度覆蓋率防火墻前圍內(nèi)隔音墊軟質(zhì)棉氈+聲學(xué)膜+硬質(zhì)棉氈25mm83%地板地毯針織面料+PU發(fā)泡30mm92%3聲學(xué)仿真建模方法整車SEA模型調(diào)教模型調(diào)校包括聲載荷（SPL）調(diào)校和路徑隔聲量（PBNR）調(diào)校。首先需要將防火墻和地板與隔聲試驗(yàn)進(jìn)行對標(biāo)，根據(jù)隔聲測試結(jié)果調(diào)校子系統(tǒng)，子系統(tǒng)隔聲分析模型如圖所示3

聲學(xué)仿真建模方法整車SEA模型調(diào)教將隔聲仿真結(jié)果通過面連接的方式加載到整車上，分別加載生在和和升功率進(jìn)行整車SEA模型調(diào)教。整車調(diào)校內(nèi)容包括面連接調(diào)整，聲腔表面積和周長修正，泄漏施加，聲學(xué)包厚度、覆蓋率和聲學(xué)參數(shù)修正等，整車調(diào)校模型如圖所示：3

聲學(xué)仿真建模方法整車聲學(xué)包優(yōu)化（1）關(guān)鍵子系統(tǒng)聲學(xué)包優(yōu)化。對諸如防火墻、地板等關(guān)鍵子系統(tǒng)的聲學(xué)包材料、覆蓋面積、厚度、覆蓋位置等進(jìn)行優(yōu)化，滿足子系統(tǒng)吸隔聲目標(biāo)。不同路徑的優(yōu)化基于貢獻(xiàn)量分析確認(rèn)需要優(yōu)化的關(guān)鍵子系統(tǒng)，貢獻(xiàn)量分析如圖所示。（2）整車聲學(xué)包優(yōu)化。對整車的聲學(xué)包進(jìn)行性能優(yōu)化，主要在于對整車所有聲學(xué)包的布置、克重以及材料（密度、流阻、孔隙率等是關(guān)鍵聲學(xué)參數(shù)）組成進(jìn)行優(yōu)化，滿足減重降成本同時(shí)提升性能的需求。優(yōu)化后防火墻和地板的聲學(xué)包狀態(tài)如下表所示。主要優(yōu)化內(nèi)容包括：對于前圍內(nèi)隔音墊，增加聲學(xué)包厚度為35mm，同時(shí)增大覆蓋率為96%，增加軟質(zhì)棉氈克重并在硬質(zhì)棉氈表面增加一層吸音棉，克重350gsm，厚度為15mm；對于地毯，在針織面料和PU發(fā)泡之間增加一層1mm的EVA，同時(shí)增大覆蓋率為93%。子系統(tǒng)聲學(xué)包材料組成基礎(chǔ)厚度覆蓋率防火墻前圍內(nèi)隔音墊軟質(zhì)棉氈+聲學(xué)膜+硬質(zhì)棉氈+吸音棉35mm96%地板地毯針織面料+EVA+PU發(fā)泡30mm93%3

聲學(xué)仿真建模方法優(yōu)化前后對比將優(yōu)化后防火墻和地板等子系統(tǒng)聲學(xué)包通過面連接方式加載整車，其他位置優(yōu)化后的聲學(xué)包通過MNCT的方式加載在整車上。以駕駛頭部到發(fā)動(dòng)