详情

原文传递基于响应面法的车身结构声学性能可靠性优化设计

论文题名：	基于响应面法的车身结构声学性能可靠性优化设计
关键词：	响应面法;车身结构;声学性能;有限元分析;可靠性理论;板件振动
摘要：	汽车的NVH特性是衡量汽车设计及制造质量的一个重要指标，车内噪声已成为影响汽车乘坐舒适性和顾客决定是否购买该车的关键因素之一。因此，如何降低车内噪声水平，研究汽车车内结构噪声产生机理及控制方法，改善车内声学环境、提高车辆乘坐舒适性的方法和途径，将极大地提高汽车的声学设计水平和市场竞争力，具有重要的经济效益和社会效益。　　在汽车设计阶段，通过对结构进行拓扑优化以及敷设阻尼或吸声材料等措施均可有效改善结构的声学性能，提高市场竞争力。本文以国家“跃升计划”专项—中国高水平汽车自主创新能力建设（简称“中气专项”）的NVH项目为研究背景，运用有限元分析方法研究白车身一阶扭转模态问题，将响应面理论与可靠性理论相结合，提出了提高车身一阶固有频率的可靠性优化方法，改善了车身结构的振动性能;计算了从悬置点到驾驶员右耳处的车身噪声传递函数，通过板件贡献量分析识别出影响车内噪声较大的板件;基于可靠性优化方法，通过修改和优化板件的结构参数以及敷设阻尼材料等途径，减小板件振动，降低板件振动引起的辐射噪声。　　论文主要研究工作和创新成果有　　 (1)建立了“中气专项”轿车车身结构和声固耦合的有限元模型，研究了系统的振动特性，对其进行了模态分析，发现其一阶整体扭转模态频率与发动机怠速激励频率较接近，有待改进。同时，为更直观的了解车内噪声水平，建立了车室声腔有限元模型，通过在车身前悬架处施加激励，计算了驾驶员右耳处的声压级,对车内结构噪声水平进行了仿真分析，确定了峰值声压及共振频率，为后续的车内噪声控制提供了指导。　　 (2)针对“中气专项”轿车白车身一阶整体扭转模态频率偏低问题，运用模态灵敏度分析方法研究了一阶整体扭转模态对白车身所有板件厚度的灵敏度;对参考点声压峰值频率处车身板件结构的声学贡献量进行了分析，确定了对车内参考点（驾驶员右耳位置）的声压值影响较大的板件，从而为改进车身结构以提高白车身一阶整体扭转模态、降低车内噪声提供了依据。　　 (3)针对车身结构参数的不确定性会导致车身振动性能确定性优化结果不可靠问题，将可靠性分析与优化技术相结合，提出了一种提高车身一阶固有频率的可靠性优化方法。该方法基于响应面方法构建车身结构优化近似模型，以车身总质量为目标，以车身结构一阶扭转模态频率为约束，对车身结构进行可靠性优化。对“中气专项”轿车车身结构振动性能的可靠性优化设计结果表明，采用该方法对车身结构进行优化，可提高车身结构的一阶固有频率，避免怠速共振，并有效降低了车内噪声水平，达到了可靠性优化设计的目的。　　 (4)为了降低车内噪声，控制车身板件的辐射噪声，提出了一种通过修改结构以及添加阻尼材料进行车身结构声学性能可靠性优化的方法。该方法考虑了设计参数、约束条件的不确定性，以需要修改的板件厚度和敷加的阻尼参数为优化设计变量，以重要板件的质量和一阶模态频率为约束条件，板件的辐射声功率为目标函数，基于响应面模型对车身结构进行振动-声学可靠性优化设计。优化结果表明，该方法能有效降低车身板件的辐射噪声。　　本文在结构声学数值分析、响应面近似模型、板件贡献量分析和优化算法的基础上，将可靠性理论引入到车身结构声学性能优化设计中，提出了一种改善车身结构声学性能的可靠性优化设计方法，研究成果具有广阔的工程实际应用前景。
作者：	路怀华
专业：	机械工程
导师：	于德介
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文