文档介绍：1
振动与冲击
第 27卷第 3期 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK Vol. 27 No. 3 2008
驾驶室结构减振降噪的拓扑优化设计
舒磊, 方宗德, 赵冠军
(西北工业大学机电学院,西安 710072)
摘要: 针对驾驶室减振降噪,提出一种基于驾驶室声振耦合系统声学贡献度分析的结构优化方法。运用模态叠
加法求解耦合系统在外界激励下的动力学响应,利用声学贡献度分析、评价并确定对驾驶员右耳声压贡献突出的板件,以
贡献度最大面板区域为设计域、一阶固有频率最大化为目标函数对结构进行拓扑优化。结构优化改进后,耦合系统主要
激振频率下驾驶员右耳位置峰值声压级降低 29dB,表明在保持驾驶室结构重量相对不变的情况下运用该方法有效降低
车内噪声。
关键词: 优化;结构;驾驶室;减振降噪
中图分类号: U463 文献标识码: A
驾驶室内噪声直接影响汽车产品声学品质,提高 Kss Ksa u f
e = s (1)
汽车 NVH (Noise V ibration Harshness)特性研究的主要
0 Kaa pe 0
任务是对车内噪声的预测和控制,而车内噪声无论传
式中 M ss、Css、Kss分别为结构质量矩阵、阻尼矩阵和刚
递路径如何,最终通过车身板件与车内空腔相互耦合
度矩阵, M aa 、Caa 、Kaa分别为声流体等效质量矩阵、阻尼
振动激发[ 1 ] 。
矩阵和刚度矩阵, M as、Ksa分别为结构- 声流体耦合的
结构动力分析修改作为一种噪声被动控制方法可 T
质量和刚度矩阵, 且 Ksa = - M as , ue、pe 分别为结构节
有效降低主要频率的噪声同时与主动控制相比降低
, 点位移向量和声流体节点声压向量, fs 为结构外激振
了产品成本。传统结构修改通过在驾驶室相应位置增ωi t
力。考虑无阻尼情况,假设在外激励 fs e 作用下, 结构
加质量[ 2 ] ,附加阻尼材料[ 3 ] ,改变面板厚度[ 4 ]等方法降ωi t ωi t
和声压的响应分别为 ue e 和 pe e (ω为激振频率) ,代
低车内噪声。但上述结构修改在结构最优拓扑未知情入式(1)得:
况下具一定盲目性即不能保证结构性能最优且结构可 2
Kss - ω M ss Ksa u f
e = s (2)
制造性较差。驾驶室结构减振降噪的概念设计阶段运 2
0 Kaa - ω M aa pe 0
用动力学拓扑优化设计方法是一种新的尝试。
直接法不适合求解像驾驶室这样大型的结构频率
提出一种基于驾驶室声振耦合系统声学贡献度分
响应问题,故式(2)采用模态叠加法求解。通过有限元
析的结构优化方法。运用模态叠加法求解耦合系统在
分析软件将在物理坐标系下建立的驾驶室声振耦合系
外界激励下的动力学响应,利用声学贡献度分析、评价
统运动方程变换到模态坐标系下, 由于提取模态阶数
并确定对驾驶员右耳声压贡献突出的板件,以贡献度
远小于物理模型自由度数, 降低了方程阶数, 取得较好
最大面板区域为设计域、一阶固有频率最大化为目标
计算效率。
函数对面板结构进行动力学拓扑优化设计,固频提