基于CAE分析技术的油底壳低噪声设计－汽车设计与制造资讯-造车网

近年来，随着计算机技术的飞速发展，在汽车产品开发方面，CAE技术已经大量应用。在零部件以及整车尚未制造出来时，使用CAE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。有限元分析技术是CAE技术中的重要方法之一。有限元法在力学领域中的应用已相当成熟，但由于声辐射问题需要对整个外部声场划分三维网格，使得单元数量和求解工作量巨大，甚至无法求解。因此，有限元技术在声学领域里的应用仅限于内场分析和简单规则结构的外场分析。而边界元法则利用边界积分方程，使问题的维数降低了一维，并且既能求解有界区域问题，也能求解无界区域问题。这两种方法相辅相成，它们的组合有着广泛的应用。

油底壳辐射声场模型的建立

根据油底壳的结构参数及材料参数，建立了如图1所示的有限元模型。并进行了谐响应分析，得到了油底壳在螺栓加速度谱激励下的位移响应，作为辐射声场边界元分析的计算边界。同时，建立了如图2所示的油底壳边界元的半消声室模型，图中的半球形网格为按照ISO3744-1994要求建立的域点网格，半径为1.45m。

图2 油底壳的半消声室模型

材料阻尼的变化对油底壳辐射噪声的影响

金属材料的阻尼值是很低的，钢、铁材料的损耗因子为1×10-4～6×10-4，而由两块钢板之间夹有非常薄的黏弹性高分子材料构成的复合阻尼金属板材的损耗因子一般在0.3以上。因此，在η=5×-4～0.5之间选取了η为0.0005（原型），0.05、0.1、0.2和0.5分别进行谐响应分析和辐射声功率计算，结果及分析见图3～6。

输出声功率比较

输出功率以复数形式存在，其实部以辐射声能的形式向外传播，称有功声功率，而虚部则只在原地作声能振荡，不向外传递功率，称无功功率。本文中的输出功率均指有功功率。声辐射效率表征了有功功率占整个输入功率的比例，等于有功功率与输入功率的比值。

图3 输出声功率频谱曲线图

由图3、图4可以看出，输入和输出声功率级随损耗因子的增大都呈减小趋势，也即随着阻尼的增大，表面振动和辐射噪声都将减小，但趋势渐缓；而且，随着阻尼的增大，高频噪声降低明显，300Hz以下频率范围输入输出声功率均变化不大。

图4 声辐射效率频谱曲线

声辐射效率随频率的增大总体上有增大的趋势，当阻尼增大时尤为明显。又见图6中，总的声辐射效率随阻尼的增大，表现先降后升的趋势，在0.1左右时达到最小。这是因为，随着阻尼的增大，高频噪声明显降低，使得低频噪声逐渐占主导地位，而激励在230Hz最大，所以，随着阻尼的增大，共振频率移向低频，越来越靠近激励频率，共振的强度越来越大，能量向外辐射的越来越多，所以输出的能量占输入能量的比例增大，即辐射效率增大。