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原文传递轻质减振降噪方法的设计与分析

论文题名：	轻质减振降噪方法的设计与分析
关键词：	简支钢梁;动力吸振器;粘弹性阻尼材料;轻量化设计;整车质量
摘要：	随着汽车工业的迅速发展，消费者对汽车的振动噪声控制水平和整车舒适性的要求越来越高。同时，能源和环保问题也给汽车工业的发展带来了挑战。研究表明，汽车整车质量减轻，汽车的燃油经济性、操纵稳定性、碰撞安全性等将会得到明显的改善。所以，轻量化已经成为现代汽车设计制造的一项重要目标。在结构表面粘贴粘弹性阻尼材料和附加动力吸振器是工程上常用的两种被动减振降噪措施。具有高阻尼特性的粘弹性材料能在较宽的频率范围内起到很好的减振降噪作用，被广泛地应用在各个工业领域。由质量块、弹簧、阻尼材料构成的动力吸振器(DVA)发明至今已有一百多年的历史，其结构简单，制造成本低廉，可设计性较强，在工业减振降噪方面的作用越来越明显。两种减振降噪措施在实际应用中各有利弊，但每种方法均为原系统带去了一定的附加质量。本文的研究内容重点在于比较在附加质量一定的条件下，粘弹性阻尼材料和动力吸振器对结构的减振效果。研究目标旨在找到有利于实现轻量化目标的减振降噪方法。　　本文以简支梁的振动为研究对象，主要对比了自由阻尼层(ULD)、约束阻尼层(CLD)和动力吸振器(DVA)三种减振措施减振效果的好坏和附加质量的大小。理论模型部分首先建立了简支钢梁上粘贴自由阻尼层结构（自由阻尼梁）和梁体附加动力吸振器结构（动力吸振器梁）振动响应的解析解力学模型，并在数值计算软件MATLAB中编程求解得到了梁体结构在外界简谐激振力下的稳态位移、速度响应。此外，在有限元软件MSC.NANSTRAN中建立了简支钢梁粘贴约束阻尼层结构（约束阻尼梁）的力学模型，在分析模块中求解其频率响应结果。并将计算得到的速度响应结果导入MATLAB计算软件中与自由阻尼层和动力吸振器的减振方法做了对比分析。然后，通过实验验证了自由阻尼梁、约束阻尼梁和动力吸振器梁振动理论模型的正确性。自由阻尼层和约束阻尼层等粘弹性阻尼材料的减振性能主要由其力学参数决定，而粘弹性阻尼材料的力学参数又是随出厂标准而定的，在实际工业应用并不能做参数优化处理以达到更好的减振效果和更轻的附加质量。通过优化动力吸振器的质量、刚度、阻尼比等重要参数，可以使动力吸振器达到更好的减振效果，并为原系统带去更小附加质量。　　本文设计了三组动力吸振器，一个质量为10 g旨在抑制简支钢梁第1阶自然频率处共振的单动力吸振器，每个质量均为10 g分别抑制简支钢梁第1阶、第2阶、第3阶自然频率下共振的三个动力吸振器以及每个质量均为6 g的三个动力吸振器，并将这三组动力吸振器的减振效果与自由阻尼层和约束阻尼层作了比较。其中，自由阻尼层重量为30 g，约束阻尼层重量为18.4 g。结果表明:约束阻尼层比自由阻尼层的减振效果更明显，且附加质量更轻，但后者制造成本较高。重为10 g的单动力吸振器在简支钢梁第1阶自然频率处取得了比自由阻尼层和约束阻尼层更好的减振效果。通过对比还发现，自由阻尼层在低频范围内的减振效果不明显，高频减振效果突出，所以动力吸振器在简支梁单模态和低频范围内的减振应用方面更有优势，且附加质量较轻。此外，三个重量均为6 g动力吸振器在简支梁前3阶自然频率处都起到了很好减振效果，且优于两种粘弹性阻尼材料。且随着动力吸振器质量的增加，三个重量为10 g的动力吸振器的减振效果更为明显，每个动力吸振器可控的振动频带更宽。综合来看，动力吸振器对梁体振动的抑制作用更有针对性，且在较宽频带范围内的整体减振效果也十分理想，并能最大限度地减少在振动控制过程中带来的附加质量。
作者：	张华
专业：	车辆工程
导师：	杜宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文