内燃机噪声优化对车内声学的影响研究

提出了内燃机结构辐射噪声的仿真与优化方法,评价了内燃机噪声优化前后车内噪声的变化。建立了内燃机和前围板的有限元模型,通过模态分析验证了模型的精度。采用柔性多体动力学方法计算了内燃机的振动响应,并结合边界元算法得到了结构辐射噪声。完成了机体的结构优化,通过提升刚度使整体模态频率与激励峰值频率分离,从而降低机体结构响应,减小辐射噪声。搭建了内燃机与前围板的声学耦合模型,计算得到经机体结构优化前后的内燃机辐射噪声通过前围板后进入车内的声功率。结果显示,机体的优化方案大幅降低了其辐射噪声,从而减小了整机的辐射噪声。研究内燃机噪声与车内噪声的传递路径后,发现车内噪声有了明显的下降,从而证实了优化设计的可行性和有效性。     

某型内燃机车驾驶室阻尼优化降噪分析

为降低某型号内燃机车驾驶室噪声,对驾驶室结构上的阻尼材料进行布局优化设计。建立驾驶室声学数值模型,采用基于模态的声-振耦合法计算驾驶室声学响应,提取驾驶员耳旁声压级找出噪声声压峰值处所对应的振动频率;对驾驶室进行板块贡献量分析,找到对噪声声压峰值处噪声贡献较大的壁板;为了降低39 Hz、73 Hz、110 Hz频率处噪声,建立拓扑优化数值模型求解自由阻尼的优化布局,构建优化后的数值模型计算5 Hz～120 Hz驾驶室声学响应,结果表明自由阻尼材料的优化布局能够降低驾驶室内噪声。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

重型卡车驾驶室结构噪声预测与板件声学贡献度分析

为了确定驾驶室内哪些板件对驾驶员的耳旁噪声影响最大,首先建立了重型卡车驾驶室有限元模型,通过比较分析计算模态和试验模态验证了其精度;在此基础上建立了驾驶室声-固耦合模型,进行了耦合模态分析,得到了声场和结构的耦合效应;以实车工况测试的驾驶室4个悬置加速度信号作为模型外部激励输入,基于耦合有限元法对驾驶员耳旁噪声进行了预测,通过与试验测试值对比进一步验证了驾驶室声-固耦合模型的精度;最后进行了板件贡献量和结构模态参与因子分析,确定了对驾驶员耳旁峰值声压贡献最大的板件,并通过对比分析板件厚度优化前后的噪声声压,验证了分析结果的正确性。     

驾驶室低频噪声的声学特性分析与控制

在某卡车驾驶室结构有限元与声学有限元计算以及驾驶室声固耦合建模的基础上,进行结构模态计算分析以及试验验证。再进行声学模态分析以及声固耦合系统模态分析。考虑声—固耦合作用,利用耦合声学有限元进行了驾驶室内部声学特性研究,识别出主要噪声频率。继而进行面板声学和模态贡献量分析,找到了峰值声压产生的主要原因,确定了贡献显著的面板。通过结构改进,提升了板件刚度,抑制了结构振动,试验结果表明,驾驶室内部噪声得到较明显下降。     

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性的研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。     

驾驶室声场的研究

车内低频噪声直接影响其乘坐舒适性,应用有限元和模态分析技术对汽车驾驶室结构振动和驾驶室室内噪声耦合问题进行了分析研究,利用ANSYS有限元软件和SYSNOISE声学软件分别计算了驾驶室的结构动态特性和空腔声学特性,并与试验模态相比较.在此基础上,利用声一固耦合理论对驾驶室结构振动与室内噪声进行了研究,得到一些相关的结论,并在此基础上提出了一些改进措施.     

拉杆结构中弹簧刚度和有限元模型刚度融合修正方法研究

为建立更加准确的航空发动机高压转子的有限元模型,对表征高压转子拉杆结构的盘与盘、拉杆与盘之间接触的力学模型进行研究,重构了接触部位的有限元模型。提出弹簧刚度矩阵和有限元模型刚度矩阵的融合修正方法,建立了包含接触的有限元刚度整体优化模型。运用拉直算子将优化模型中需要修正的参数分离出来,结合实验模态分析得到的模态参数对有限元刚度矩阵进行了修正。实例证明修正后的有限元模型真实反映了拉杆联接的航空发动机高压转子的接触状态。     

基于不完备实测模态数据的结构损伤识别方法研究

在传统的基于模型修正的损伤识别中,由于实测模态信息有限而待识别参数过多,往往导致损伤识别方程出现较大误差,从而限制了该方法在复杂结构中的应用。为解决这一问题,对结构的自由度进行了分解,将损伤结构中模态振型的未测量部分表达为已测量到的模态振型、模态频率以及结构其它参数的函数。将损伤视为结构单元刚度的减小,利用完好结构的计算模态数据以及损伤结构扩充后的实测模态数据,建立了结构的损伤识别方程。运用信赖域优化算法对具有双重约束条件的目标函数进行最小化,识别出了结构各单元的刚度损伤参数。通过两个损伤识别数值仿真算例及实验验证,结果表明,在测点数量有限及测试噪声等不利因素影响下,所提方法只需运用少量的实测模态信息,即可实现结构损伤位置及程度的准确识别,同时算法具有较好的鲁棒性。     

虚拟车内噪声响度场分布的声源识别分析与优化

针对传统声压级对车内噪声主观性考虑不足的缺陷,提出符合人双耳特性的虚拟车内噪声特征响度预测及声源识别方法。根据某重型商用车驾驶室内低频轰鸣声严重的问题,基于Zwicker响度模型,在matlab中建立频域的混响场特征响度计算模型。结合路试实验激励数据和驾驶室有限元声-固耦合模型,对驾驶室内噪声响度分布和响度结构板块贡献量进行计算,识别不同板材振动产生的辐射噪声分量对驾驶室内噪声品质频谱特性的影响。实验结果表明：相对于声压级,采用响度作为分析参数提高了驾驶室内噪声源识别精度,指导结构优化设计,改善车内声学品质具有更好的效果。     

重型卡车驾驶室怠速噪声分析及控制

为降低某型重型卡车怠速噪声,建立驾驶室声-振耦合有限元模型,测试驾驶室四个悬置点被动侧加速度数据,以此作为仿真激励载荷计算驾驶室司机耳旁声压,仿真与试验结果具有较高的一致性.针对怠速工况32 Hz、64 Hz和96 Hz峰值频率,计算各频率的模态参与因子,对模态参与因子较高的模态阶次进行叠加,获取各峰值频率对应的模态应...     

受静压力作用加筋板隔声性能研究

基于随机平面波声源建立混响声源激励的加筋板隔声计算模型,通过对试验模型数值计算,二者结果基本吻合;计算存在静压力时加筋板隔声特性表明,存在静压力时加筋板基频移动会致低频隔声量显著增加,压力增加到一定程度时隔声量基本不再增加;此刻为存在预应力的实际结构物隔声量计算提供参考。     

螺旋桨激励水下壳体振动噪声数值研究

为真实模拟壳体噪声的激励源特性,建立螺旋桨-轴系-壳体耦合系统有限元模型,以CFD计算得到的螺旋桨非定常载荷作为激励源,采用模态叠加法计算耦合系统强迫振动响应;分别以桨叶表面偶极子声源和耦合系统表面振速作为边界条件,采用声学直接边界元法计算螺旋桨直接辐射噪声和耦合系统振动噪声。数值计算结果表明:两种噪声的声压级都随螺旋桨转速的增加而增大,其中振动噪声增幅较小;耦合系统振动噪声声压级随轴承刚度的增加而增大;两种噪声的声压级在量级上较为接近,在频谱及声压分布上具有各自的特征,在预报耦合系统水下辐射噪声时应综合考虑两种噪声的影响。     

硅片机器人大臂结构多目标拓扑优化设计

目的为了改善硅片机器人结构的静、动力学性能,实现结构的轻量化设计。方法引入多目标优化理论,并结合层次分析法,实现硅片机器人大臂的结构优化设计。依据设计方案分析大臂的受力情况,采用固体各向同性材料惩罚模型分别构建多目标优化数值模型,并运用优化准则法进行优化求解。引入数理统计中的层次分析法确定各子目标函数的权重比,依据折衷规划组合方法构造关于静刚度和一阶固有频率的总目标函数。结果优化结果可知,大臂的柔度从26.890 mm/N降到13.221 mm/N,一阶固有频率从556.86 Hz增加到629.90 Hz,结构质量从1.48 kg减少到0.583 kg。结论多目标优化结果表明,基于多目标优化理论对硅片机器人大臂结构的改进设计,不仅有效地提高了其静刚度特性,一阶固有频率的提高说明大臂结构能抑制振动能力的提升,还实现了大臂结构轻量化设计。层次分析法的引入为多目标优化问题中各子目标函数的重要性提供了客观的理论依据。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

燃料电池轿车车内后部噪声实验分析与控制

通过对车内后部噪声的测试，分析了车内后部噪声的分布状况，对试验数据进行频谱分析处理了解车内后部噪声的主要频率成分并结合振动试验判断了主要噪声源；通过隔声与吸声措施提高了后排座隔板和衣帽架对中高频噪声的隔声量，改善了乘坐室后部噪声的强度与频率特性，提高了乘座舒适性。     

遗传算法在单层球壳质量、刚度模糊优化中的应用

在单层球壳的优化设计过程中,必然会遇到大量的不确定性信息和因素,对这些不确定性因素应该使用模糊理论加以分析和处理。同时往往要考虑多个目标如质量最小和整体刚度最大等,而各个目标之间存在矛盾,要使各个目标都达到最优很困难。采用模糊数学的原理建立单层球壳多目标模糊优化模型,通过模糊判决法,将多目标的模糊优化问题转化为单目标的非模糊优化问题,最后利用小生境遗传算法(ANGA算法)对非模糊化的优化模型进行求解。对70 m跨单层球壳进行质量、刚度模糊优化,结果令人满意,验证了该方法的合理性和可行性,说明基于ANGA算法的模糊优化方法可以有效解决优化变量繁多的大中型网格结构多目标模糊优化问题。     

内燃机车司机室低频声-固耦合振动仿真

通过建立内燃机车声固耦合有限元模型,并在底架与转向架接触处施加X、Y、Z方向上的单位激扰力载荷,计算出司机室在30 Hz～150 Hz的声场响应。分析内燃机车司机室声固耦合模态、司机室振动响应、司机室空腔的声学模态以及司机室的声场响应得知,司机室的声压级在68 Hz、76 Hz、86 Hz、98 Hz、124 Hz由于共振产生明显峰值;而在98 Hz、124 Hz与车身壁板及车内声腔声学共振使司机室声压急剧上升。该结论可为司机室减振降噪提供参考。     

基于SEA分析验证的混响箱-消声室实验方法设计及隔声性能研究

不同于以往的理论、经验设计,采用低频段的声固耦合法、中高频段的统计能量法(SEA)对设计的混响声场进行声学分析,提高混响水平。根据虚拟结果建立混响箱实物,置于半消声室内进行测试,混响箱结构本体的噪声衰减量超过50 dB,混响时间达到混响要求,混响场内不同位置声压值差距均小于2 dB,该混响箱设计满足混响声场的要求;将SEA法隔声计算结果与应用混响箱-消声室法对板件的隔声测试结果进行对比,两者吻合良好;因此该实验方法能实现很好的隔声效果。通过该方法可快速对单层板及夹层板件进行隔声测试,发现吻合频率效应对隔声性能影响较大;以上研究对工程应用有较大的参考意义。