商用车驾驶室阻尼布置位置优化

商用车驾驶室阻尼布置位置优化

韦永尤，邓聚才，陈志宁

【摘 要】以某重型商用车驾驶室为分析对象，通过建立驾驶室结构有限元模型和声学有限元模型，进行了驾驶室模态分析、频率响应分析、驾驶室板块贡献量分析，计算出驾驶员右耳旁的声压级，找出影响驾驶员右耳旁噪声的板块位置，并对噪声贡献量大的板块进行优化。结果表明，通过系统的室内噪声研究和改进，有效降低了某型号驾驶室室内噪声。 【期刊名称】装备制造技术 【年(卷),期】2017(000)008 【总页数】5

【关键词】商用车；驾驶室；阻尼；降噪 软件应用

随着社会的发展，人们对车辆的乘坐舒适性提出了更高的要求。驾驶室内部噪声是车辆乘坐舒适性的一个重要指标，它将直接影响到产品的竞争力。 汽车在行驶过程中，驾驶室钣金受到外界激励引起的结构振动，从而向驾驶室内部辐射噪声。试验研究表明，对于驾驶室来说驾驶室钣金振动辐射出来的结构低频噪声在驾驶室内噪声中占主要地位[1]。因此，减小驾驶室钣金振动是降低室内噪声最直接的方法。通过阻尼处理来降低钣金振动，是国内外目前普遍采用的减振降噪方法。如何有效而准确地确定阻尼材料布置位置和面积，是驾驶室内部降噪的关键。

本文以某重型商用车驾驶室为分析对象，介绍了阻尼材料的主要特性指标及获得方法，建立了驾驶室结构有限元模型和声学有限元模型，进行了驾驶室结构

模态分析、声学模态分析、频率响应分析、驾驶室钣金贡献量分析，计算出驾驶员右耳旁的声压级，找出影响驾驶员右耳旁噪声的板块位置，并对噪声贡献量大的板块进行优化，采取相应措施进行降噪处理。结果表明，通过优化商用车驾驶室阻尼布置位置，可以有效降低驾驶员右耳旁噪声，提高整车乘坐舒适性。

1 阻尼材料

阻尼材料是利用高分子材料的粘弹性将振动机械能转化为热能消耗掉，从而达到减振降噪目的一种材料[2]。在汽车驾驶室钣金上，大量采用阻尼材料来抑制钣金共振，降低驾驶室钣金结构的局部振动响应，从而降低室内噪声。 阻尼材料具有储能和耗能两种特性，其弹性模量可用复模量模型表示[3]，即： 式中：E*为复弹性模量；E′为复弹性模量实部；E″为复弹性模量虚部；η损耗因子。

试样材料在振动一周中单位内所损耗的能量为： 式中，ε0为最大拉伸应变。

由上式可以得出，要使振动能量耗散达到最大值，必须使ηE′的乘积为最大，阻尼材料的实模量E′和损耗因子η是评价阻尼材料的主要特性指标，这两项指标的数值可以通过测量获得。

2 驾驶室有限元模型建立

在HyperMesh软件中建立驾驶室有限元模型，主要包括如下零部件：白车身、两车门、前挡风玻璃、侧窗玻璃、后窗玻璃以及相应的密封胶、阻尼板。有限元模型主要采用壳单元来模拟各个钣金结构零件与玻璃，用实体单元来模拟密封胶和阻尼板，焊点连接采用CWELD单元，螺栓连接采用RBE2单元，缝焊

连接采用RBE2单元。

在Hypermesh软件中将驾驶室结构有限元分析模型所有孔洞封闭，导出结构有限元模型，在LMS Virtual.Lab软件Cavity Meshing模块进行声腔网格划分。为保证计算精度，对于线性有限元模型来说，要求在最小波长内有6个单元，也就是最大单元的边长要小于最高计算频率点处的波长的1/6[4].

3 驾驶室模态分析

模态是机械结构的固有振动特性，每一阶模态都有其特定的固有频率、阻尼比和模态振型，模态可以通过计算或试验得到。进行驾驶室结构模态分析可以确定驾驶室固有频率是否与振源的激励频率接近，从而可以避免共振现象发生，减少驾驶室振动及噪声。模态计算频率高于求解的频率上限即可。本文采用RADIOSS求解器对驾驶室结构有限元模型进行自由模态分析，计算出220 Hz以内频率的模态频率和振型。

声腔模态分析可以预测声腔模态与结构模态是否耦合，为保证精度，参与计算的声腔模态固有频率上限至少为分析频率上限的2倍。本文采用LMS Virtual.Lab软件分析驾驶室声腔模态，计算出0～400 Hz频率范围内的模态频率和振型。

4 驾驶室频率响应分析

频率响应是指计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。为了得到振动边界条件，需要对驾驶室进行频率响应分析。在驾驶室4个悬置点+Z向施加10～200 Hz的单位力激励，频率步长设置为1 Hz，采用RADIOSS求解器对驾驶室进行频率响应分析，即可计算出在该频率范围内的结构振动响应。