[发明专利]基于半无限流体的轿车车外噪声分析预测方法

权利要求书

1.一种基于半无限流体的轿车车外噪声分析预测方法，包括建立轿车车身 结构SEA模型、确定轿车车身结构子系统SEA参数、确定轿车车身所受的外部 激励能量和轿车车外噪声分析预测，其特征在于，基于半无限流体的轿车车外 噪声分析预测方法还包括建立轿车车外噪声半无限流体预测模型，所述的建立 轿车车外噪声半无限流体预测模型包括如下步骤：

1)在轿车车身结构SEA模型的左右两侧建立半无限流体，并将半无限流体 与各轿车车身结构子系统相连；

2)半无限流体位于距轿车车身纵向对称面7.5m并距地面1.2m的位置；

3)能量从各轿车车身结构子系统以球面波的形式传递到半无限流体；

所述的确定轿车车身结构子系统SEA参数包括如下步骤：

1)确定各轿车车身结构子系统模态密度

(1)对于轿车车身结构中的梁类子系统简化成一维梁，一维梁横向振动的 模态密度为：

n(f)=lCB]]>

式中：l.梁的长度，单位.m；C_B.弯曲波速，单位.m/s，且f. 频率，单位.Hz，C_l.纵波速，单位.m/s，R.梁截面的回转半径，单 位.m，I.截面惯性矩，单位.m⁴，S.梁截面面积，单位.m²；

(2)对于轿车车身结构中较规则的平板和近似平板的曲面板均作为二维平 板，二维平板的模态密度为：

n(f)=Ap2RCl]]>

式中：A_p.平板面积，单位.m²；R.截面回转半径，单位.m；C_l.纵波速，单 位.m/s；

(3)对于车身结构中的复杂结构子系统的模态密度可通过有限元方法进行 计算，根据模态密度的定义，模态密度为单位频带内的模态数，建立复杂子系 统的有限元模态分析模型，计算1/3倍频程带宽内的模态数，即可得到各复杂 子系统的模态密度；

2)确定各轿车车身结构子系统内损耗因子

轿车车身结构子系统i的内损耗因子η_i主要是由三种彼此独立的阻尼机理构 成：

η_i＝η_is+η_ir+η_ib

式中：η_is.轿车车身结构子系统本身材料摩擦构成的结构损耗因子；

      η_ir.轿车车身结构子系统振动声辐射阻尼形成的损耗因子；

η_ib.轿车车身结构子系统边界连接阻尼构成的损耗因子；

a.结构损耗因子可通过查材料手册的方式获得：

玻璃的内损耗因子.η_玻璃＝1.0×10^-3；钢的内损耗因子.η_钢＝2.5×10^-4；

塑料的内损耗因子.η_塑料＝0.3；

b.声辐射损耗因子可由下式计算：

ηir=ρ0cσirωρs]]>

式中：ρ₀.空气密度，单位.kg/m³；ρ_s.结构的面积质量密度，单位.kg/m²； σ_ir.结构的辐射比；ω.1/3倍频带中心圆频率，单位为rad/s；c为声速，单位 为m/s；

c.轿车车身结构子系统间边界连接阻尼构成的损耗因子为：

ηib=SbC2rp16π3f3ApρsRphClH(θ)]]>

θ=h2γ/ω]]>

式中：h.边界连接间隙厚度，单位.m；p、r.边界连接间隙内气体压力、 比热比，单位.分别为Pa、J/kg·K；S_b.梁板重叠面积，单位.m²；A_p、ρ_s、R_p、 C_l.分别为结构的面积、面积质量密度、回转半径和纵波速，单位.分别为m²、 kg/m²、m、m/s；c为声速，单位为m/s；f为频率，单位为Hz；γ为气体的动粘 性系数，单位为Ns/m²；ω.1/3倍频带中心圆频率，单位为rad/s；H(θ)的值由 图17中所示的曲线选取；

3)确定各轿车车身结构子系统间耦合损耗因子

在轿车车身结构中轿车车身结构子系统与轿车车身结构子系统耦合方式最 多的是直线连接，这种耦合方式的耦合损耗因子可由下式计算：

ηab=2CBLτabπωSa]]>

式中：C_B.子系统a的弯曲波速，单位.m/s；L.耦合连接的连接线长度，单 位.m；τ_ab.从子系统a到子系统b之间连接的波传播系数；ω.1/3倍频带中心圆 频率，单位.rad/s；S_a.子系统a的表面积，单位.m²；

所述的确定轿车车身所受的外部激励能量包括如下步骤：

1)确定发动机舱的声激励能量

按点声源计算公式，计算发动机对车身板件结构的声激励能量：

Lise=L1-20logr2r1]]>

式中：L_ise.发动机对四周第i个板壁的激励声压级，单位.dB；L₁.发动机 1m声功率试验测点声压级，单位.dB；r₁＝1m；r₂.预测声激励点距发动机表面的 距离，单位.m；

2)确定发动机悬置的激励能量

a.在产品开发设计阶段，当发动机已定型、且发动机悬置参数确定之后，可 以对发动机进行台架试验，测得发动机悬置主动侧振动加速度；

b.再根据对发动机悬置系统的隔振率要求，计算出发动机悬置被动侧的振动 加速度：

ap=aa100.05TdB]]>

式中：a_a.发动机悬置主动侧加速度，单位.m/s²；a_p.发动机悬置被动侧加 速度，单位.m/s²；T_dB.发动机悬置隔振率，单位.dB；

3)确定路面不平度对车身的激励能量

a.在产品开发设计阶段，建立轿车的虚拟样机模型和B级路面模型；

b.然后让虚拟样机模型以给定的速度在B级路面上行驶，在车身与悬架各 连接点处测量振动加速度信号，即得到路面不平度对车身的输入激励能量；

4)确定车身外表面风压的激励能量

采用计算流体动力学方法，建立轿车的模拟风洞试验CFD分析模型，将CFD 模型中的轿车车体表面与统计能量分析模型中的子系统一一对应，采用大涡仿 真对车身外表面风压激励进行CFD仿真计算，即得到轿车以一定车速行驶时车 身外表面各轿车车身结构子系统所受到的风压激励能量值；

所述的轿车车外噪声分析预测包括如下步骤：

1)将计算得到的各轿车车身结构子系统模态密度、各轿车车身结构子系统 内损耗因子、各轿车车身结构子系统间耦合损耗因子及轿车车身所受到的外部 输入激励能量，如发动机悬置激励能量、路面激励能量、发动机舱声激励能量 及轿车车身外表面的风压激励能量加入到轿车车身结构SEA模型中，得到轿车 车外噪声SEA分析模型；

2)利用轿车车外噪声SEA分析模型对轿车两侧距轿车纵向对称面7.5m和 距地面1.2m的位置的车外噪声进行分析预测得到轿车车外噪声；

所述的建立轿车车身结构SEA模型包括如下步骤：

根据统计能量分析模型的基本假设及子系统简化原则，采用统计能量分析 方法把轿车车身划分成若干个结构子系统，把各结构子系统按照结构子系统间 的相互关系连接起来，得到轿车车身结构SEA模型；

所述的若干个结构子系统包括：左前门(1)、左后门(2)、左前门玻璃(3)、 左后门玻璃(4)、左前翼子板(5)、左后翼子板(6)、左前钟形座(7)、左前 挡泥板(8)、左后挡泥板(9)、左后钟形座(10)、发动机盖(11)、前风挡玻 璃(12)、车前地板(13)、前保险杠(14)、左A柱(15)、左B柱(16)、副车 架(17)、防火墙(18)、衣帽架板(19)、右前门(20)、右后门(21)、右前门 玻璃(22)、右后门玻璃(23)、右前翼子板(24)、右后翼子板(25)、右前钟 形座(26)、右前挡泥板(27)、右后挡泥板(28)、右后钟形座(29)、行李箱 盖(30)、后风挡玻璃(31)、车后地板(32)、后保险杠(33)、右A柱(34)、 右B柱(35)、行李箱地板(36)、后座隔板(37)和顶板(38)。