车身结构及阻尼材料对汽车NVH性能影响研究

为改善某车型的NVH性能,对其车身结构进行研究与应变能分析,对抗石击胶的喷涂与沥青阻尼板的厚度进行优化,并进行NVH性能测试。测试结果表明,噪声声压级有较明显降低。对测试结果进行对比分析,得出两种阻尼材料优化方案的特性,并给出最优组合方案。该分析测试方法能够对其他车型的NVH性能改善提供参考。     

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。     

圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化研究

采用渐进结构拓扑优化方法,以阻尼结构模态损耗因子最大化为目标,阻尼材料体积分数为约束条件,阻尼胞单元为设计变量,建立了圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化模型,对约束阻尼以及自由阻尼材料布局进行了拓扑优化。研究了阻尼结构模态损耗因子对阻尼胞单元位置的灵敏度,导出灵敏度计算表达式。根据渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态损耗因子达到最大化。给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化设计方法的正确性和有效性     

圆形阻尼层合板的拓扑优化设计及其实验验证

以阻尼材料的用量为约束,以最大化结构损耗因子为目标,利用有限元方法实现了圆形阻尼层合板的拓扑优化设计。对优化前、后的圆形阻尼层合板进行振动实验,测试结果表明优化后结构的阻尼比是优化前结构的1.3倍。基于结构阻尼比和单位体积结构损耗因子均表示结构件标准化阻尼能力和单调变化相同的特性,以实测的结构阻尼比来表征单位体积结构损耗因子,验证了结构拓扑优化设计的有效性。即优化设计圆形阻尼层合板的构型能够有效地降低阻尼层的用量,提高阻尼层的利用率,增强结构的阻尼特性。     

流体载荷对水下自由阻尼板阻尼损耗因子的影响

结构的阻尼损耗因子是潜艇降低水下辐射噪声的重要参数。为此,采用谱有限元法以计算流体载荷作用下的自由阻尼板的结构损耗因子,探讨辐射损耗因子同功率转换系数间的关系;然后使用谱有限元法比较了含流体和不含流体的自由阻尼板的结构损耗因子的差异,使用能量法对相关计算结果进行验证;最后使用三维模型对流体载荷作用下的自由阻尼板的功率转换系数进行了计算,进而分析功率转换系数同阻尼层杨氏模量、阻尼层厚度、阻尼层材料损耗因子等参数的关系。研究发现：在低于第二阶弯曲波产生频率的频段范围内,无流体时的损耗因子小于有流体的自由阻尼板;从频段平均的角度来看,功率转换系数在低频存在较大峰值,在高频变化较为平缓且数值较小;实际潜艇在流体载荷下主要通过改变结构的阻尼来改变其辐射的阻尼损耗因子。分析结果对于潜艇结构阻尼的优化设计有参考价值。     

车身地板阻尼材料的优化研究

基于材料优化的车内降噪和减振方法主要是通过提高阻尼材料的使用效率和铺设阻尼材料,减少车身接触点间的摩擦和碰撞。本文基于用DMA动态粘弹谱分析仪测出原车阻尼材料和几种不同黏弹性阻尼材料的损耗因子随温度和频率变化的关系。采用原车阻尼材料和一种损耗因子比较大的(Dy-1)阻尼材料在相同环境下进行车内噪声频谱试验测试,得到了降噪能力更强的抗振材料。同时基于有限元理论,通过拓扑优化方法和综合应变能方法对车身地板阻尼材料的布置位置进行优化。利用拓扑优化方法对车身地板第10阶模态下的损耗因子进行了优化,在使用了60%阻尼材料情况下,获得了和全铺阻尼接近的损耗因子。利用综合应变能方法,使用了全铺时40%的阻尼材料,得到了和全铺时接近的减振效果。     

阻尼车轮减振参量的有限元仿真与优化设计

为有效抑制车轮振动噪声,弥补现场试验的不足,在对黏弹性阻尼材料阻尼机理研究的基础上,以S1002CN型面高速动车组车轮为分析对象,采用正交试验设计和ABAQUS有限元仿真计算相结合的方法,对阻尼车轮减振性能进行仿真优化设计,得出阻尼车轮3个主要参数对其踏面径向振动加速度影响的主次顺序和显著性,并能快速确定阻尼车轮结构参数的最优组合为:阻尼层厚度4 mm、约束层厚度1.5 mm、约束阻尼层敷设于车轮两侧。研究结果表明,黏弹性约束阻尼技术是抑制车轮高频振动的有效手段,对于黏弹性阻尼材料在低噪声车轮中的运用具有一定的理论和实际应用价值。     

汽车声学封装材料性能与应用效果研究

声学封装作为汽车被动降噪的主要手段,对整车NVH性能改进起到至关重要的作用,声学封装技术的核心是声学材料的应用,材料应用水平很大程度上决定了声学封装的效果.对阻尼和吸音两大类声学材料分别进行性能对比,研究了配方、种类对阻尼材料声学性能的影响,种类、规格对吸音材料声学性能的影响,并选取声学性能优异的材料制定声学封装方案,用于样车NVH性能改进,进而分析和评价材料对车内噪声的改进效果.     

约束阻尼板的渐进法结构减振拓扑动力学优化

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损耗因子灵敏度算式。引入渐进结构优化方法对约束阻尼板动力学优化模型进行求解,采用独立网格滤波技术,解决优化迭代中出现的棋盘格问题。编制阻尼板拓扑优化程序,实现约束阻尼板减振优化。仿真显示,与非优化删除方法相比,采用渐进拓扑动力学优化,更有利于实现黏弹材料优化布局,且模态频率变化比较稳定。对阻尼结构进行谐响应分析,以验证拓扑优化方法有效性,引入模态损耗因子体积密度指标以评价阻尼板减振拓扑优化性能。研究表明,若能实现结构模态损耗因子最大化,约束阻尼板减振效果明显。该方法对于约束阻尼板设计具有较强实用性,拥有较高的稳定性。     

减振材料位置对微电机金属电刷振动影响研究

为了提高微电机寿命和使用效率,对微电机中的金属电刷片位置阻尼效果进行研究。建立Rayleigh阻尼模型与材料损耗因子的关系。采用MSC.Marc有限元分析软件中的瞬态动力学模块,对橡胶材料在电刷片上的位置进行仿真优化设计。利用Polytec 激光扫描振动仪分别对橡胶在原位置与优化后的位置电刷片的振动量进行无接触振动测量,结果显示优化后,在3倍频处的振动幅值正转（CW）减少可以达到12.1 %,反转（CCW）减少可以达到11.2 %。证明该优化设计法能有效地改进电刷片的振动性能,对工程实践具有一定的参考价值。     

基于高维模型的客车发动机悬置系统NVH性能优化

汽车NVH性能是衡量汽车乘坐舒适性的重要指标,其噪声声压级高低和振动幅值大小直接影响乘员的主观感受。通过怠速时整车NVH测试,确定动力总成悬置系统对驾驶员座椅处NVH性能影响最大。选取动力总成四点悬置处刚度和阻尼作为设计变量,利用基于薄板样条插值函数的高维模型(TPS-HDMR)构建设计变量与目标函数之间的近似模型。以驾驶员座椅处振动幅值为约束条件,采用遗传算法对驾驶员右耳处声压级进行优化,优化结果表明客车NVH性能得到明显提升,验证了该方法的可行性。     

附加自由阻尼板阻尼材料降噪拓扑优化

对附加自由阻尼的板件结构,考虑粘贴阻尼材料前后,中性面位置的变化,利用Matlab编程建立自由阻尼板有限元模型,并利用Rayleigh积分法推导了薄板结构的辐射声压表达式;以辐射声场内某点的声压最小为目标,阻尼材料的体积为约束条件,建立拓扑优化模型。以悬臂板结构为例,编写了拓扑优化程序,利用渐进结构优化算法,获得了阻尼材料的最优布局,并与以模态损耗因子最大为目标的拓扑优化结果进行了对比。结果表明:在主要关注目标是结构的声学性能时,直接以声压为目标的优化方法比以模态损耗因子最大为目标的优化方法更有针对性,效果更好。利用实验对仿真结果进行了实验验证。     

最佳阻尼匹配减振器阀片厚度优化设计与特性试验

节流阀片厚度是减振器的关键参数,决定和影响减振器的阻尼特性.利用车辆参数和平安比,得到了减振器分段线性阻尼系数,建立了与车辆最佳阻尼匹配所需减振器的速度特性.根据减振器速度特性要求,建立了基于车辆参数的阀片厚度曲线拟合优化设计方法.通过实例,对某汽车减振器阀片厚度进行了优化设计,与厂家图纸标注值进行了比较,对设计减振器进行了阻尼特性试验和整车振动试验,并与原车载减振器整车振动特性进行对比.结果表明,基于车辆参数的阀片厚度优化设计方法是正确的,参数设计值准确、可靠.设计的减振器与车辆达到了最佳阻尼匹配.     

黏弹阻尼层共固化复合材料不同温度下的阻尼性能

采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料 , 应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱 , 并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明 : 当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时 , 共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大 ; 当温度处于阻尼层黏流态区时 ,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小 , 最大损耗因子为 19. 2 % , 约为未插入黏弹阻尼层复合材料的 13倍; 共固化过程中阻尼层损耗因子的减小 , 使共固化复合材料的阻尼性能降低 , 并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果 ; 界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能 , 并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。      

基于ESO的夹层阻尼圆锯片减振降噪拓扑优化设计

针对夹层阻尼圆锯片的减振降噪拓扑优化设计,基于渐进拓扑ESO（evolutionary structural optimization）算法,寻求阻尼材料最佳布局. 导出了单元删除方法和损耗因子灵敏度计算方法,建立了拓扑优化流程,将损耗因子灵敏度作为衡量单元对结构损耗因子贡献量大小的标准,通过判断阻尼材料各单元对整体结构的减振效果,删除无效单元,得到满足刚度条件下的夹层阻尼圆锯片结构最优配置,使其在减振降噪的同时达到一定的刚度要求. 通过3种圆锯片模型的阻尼损耗因子对比,验证了优化后的圆锯片具有最佳的减振降噪效果．     

约束阻尼结构的双向渐进拓扑优化

针对约束层阻尼板的拓扑优化问题,以模态损耗因子最大化为目标函数,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立了约束阻尼板的拓扑优化模型。基于模态应变能方法,推导了目标函数对设计变量的灵敏度。采用双向渐进优化算法(BESO)对约束阻尼材料的布局进行了拓扑优化,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与渐进优化算法(ESO)进行了比较。研究结果表明：双向渐进优化算法相比单向渐进优化算法,获得的模态损耗因子更高,阻尼减振效果更好。     

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明：波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。     

贴敷新型阻尼材料对油底壳减振降噪规律效果的研究

热气机作为特种船舶使用的发动机,对其振动噪声性能具有严格的要求。在对某型热气机油底壳进行模态、振动特性的测量和分析的基础上,针对贴敷自由阻尼层结构,进行整体复合层减振效果的分析和试验研究。得出宽频域载荷激励下,新型阻尼材料对油底壳振动响应衰减的规律。通过对比不同阻尼层厚度和不同阻尼材料的弹性模量,发现:阻尼层厚度越大,复合结构的损耗因子越大;阻尼材料弹性模量越大,复合结构的损耗因子也越大,阻尼特性越好。又对新型阻尼材料在复合层中的阻尼特性开展研究,分析阻尼材料对油底壳减振的规律,提出利用其大弹性模量来进一步提高复合结构的损耗因子,减小阻尼层厚度也能达到减振效果的结构设计思路,成果已应用于某型大功率热气机的整机低噪声设计,具有一定的工程实用意义。     

层合阻尼结构各向异性设计之阻尼特性分析

将各向异性设计引入层合阻尼结构中,从理论上分析了各向异性层合阻尼结构的阻尼特性及其控制机理,从而验证了建立约束阻尼层合结构各向异性优化设计新体系的可行性。文中衡量结构阻尼减振效果的重要指标是结构系统的损耗因子,采用半无限简支板为例,对各种铺层形式作了大量的计算;并以最大损耗因子为目标函数,以铺层角度、频率、厚度等为约束条件进行结构优化设计。分析研究表明,该结构内部柔性层对阻尼的影响要比应力耦合对其影响大得多;在高于基本模式的固有频率下,能显著地提高损耗因子。     

多孔阻尼复合板优化研究

将约束层阻尼板中的阻尼层设计成具有周期方孔胞元的多孔阻尼结构,采用均匀化理论,计算多孔阻尼层的等效弹性张量。建立均匀化的约束层阻尼板有限元模型,计算多孔阻尼复合板的损耗因子。以多孔阻尼层等效剪切模量为设计变量,以结构模态损耗因子最大化为目标函数,对多孔阻尼复合板中的阻尼胞元进行尺寸优化。给出数值算例,并与商业有限元软件计算结果进行对比,结果表明：采用均匀化理论,对多孔阻尼复合板中的阻尼胞元尺寸进行优化是可行的,采用优化后等效剪切模量设计的阻尼胞元尺寸,不仅阻尼材料用量大为减少,减振效果也有所增强,该方法对约束阻尼结构的优化设计具有一定指导意义。