章超，劉潤琴，董婷

?

基于Hypermesh的車身空腔模態(tài)仿真分析

章超，劉潤琴，董婷

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

以某車身為研究對象，建立其三維簡化模型，然后導(dǎo)入Hypermesh軟件進(jìn)行處理，最后通過Hypermesh仿真求解出該車身的200Hz以下的頻段聲腔模態(tài)，并對其進(jìn)行分析和評價(jià)。

Hypermesh；聲腔模態(tài)；仿真；分析；評價(jià)

引言

當(dāng)今汽車噪聲作為汽車的重要性能指標(biāo)，消費(fèi)者對車輛性能的聲學(xué)特性的要求也更加重視起來?，F(xiàn)在對于車內(nèi)噪聲問題的解決方法和應(yīng)對措施已經(jīng)比較成熟了。針對這樣的問題，首先，明白它的產(chǎn)生機(jī)理，其次弄清楚它的分布，最后提出相應(yīng)的解決方案?，F(xiàn)在仿真技術(shù)在解決這方面的問題，越來越成熟，在設(shè)計(jì)研發(fā)初期通過仿真掌握車內(nèi)空腔的聲場分布以及模態(tài)振型，可以在設(shè)計(jì)中對車內(nèi)聲學(xué)特性進(jìn)行優(yōu)化，從而避免許多共振問題產(chǎn)生，提高車內(nèi)的聲品質(zhì)。

1 車身聲腔模態(tài)分析

在車身設(shè)計(jì)初期階段，通過試驗(yàn)與仿真對車身聲腔模態(tài)進(jìn)行分析，了解車內(nèi)聲場分布和重要振型，可以在研發(fā)期根據(jù)車輛的基本狀況有效的對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化匹配，減少車內(nèi)共振問題。本文針對某具體實(shí)車，進(jìn)行分析，以200Hz以下的頻段為研究范圍，采用Hypermesh軟件建立車身有限元模型通過求解得出車身聲腔模態(tài)。

1.1 聲學(xué)振動模態(tài)

圖1 車身空腔有限元模型

首先將建好的模型導(dǎo)入Hypermesh軟件中，通過平面切片將模型切開，在模型內(nèi)部與切片交接附件選取并復(fù)制節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)復(fù)制完成后，將節(jié)點(diǎn)連接成單元，直至所有單元包絡(luò)成一個(gè)封閉的空腔表面，然后對車身空腔和座椅等空腔進(jìn)行填充。理想的聲學(xué)單元尺寸大約是聲波長1/6，這里聲學(xué)單元和結(jié)構(gòu)單元的單元大小一致。Hypermesh軟件中建立如圖1所示的三維車身空腔聲學(xué)有限元模型，共22683個(gè)節(jié)點(diǎn)，68768個(gè)單元。

1.2 空腔聲學(xué)模態(tài)計(jì)算

對車室空腔聲學(xué)模型進(jìn)行模態(tài)分析，可以掌握它的聲壓分布情況。通常第一階頻率不為零的聲學(xué)模態(tài)出現(xiàn)在 40～80 Hz左右，一般空腔越長頻率越低，表現(xiàn)為聲壓沿車室縱向分布的縱向聲學(xué)模態(tài)。通過Hypermesh軟件建立有限元模型，將建立好的模型導(dǎo)出為Nastran計(jì)算的.bdf文件，其中Export選項(xiàng)設(shè)置為all。而通過Nastran計(jì)算導(dǎo)出的.bdf文件，計(jì)算結(jié)果包含OP2文件。仿真得到車內(nèi)前200Hz范圍內(nèi)的聲學(xué)固有頻率與模態(tài)振型，這里主要顯示前6階來分析，如表 1所示：

表1 車身聲腔模態(tài)計(jì)算結(jié)果

（1）第1階模態(tài)振型 （2）第2階模態(tài)振型

（3）第3階模態(tài)振型 （4）第4階模態(tài)振型

（5）第5階模態(tài)振型 （6）第6階模態(tài)振型

圖2 車室聲腔前6階模態(tài)振型

1.3 結(jié)果分析及評價(jià)

如圖 2車身聲腔前 6階模態(tài)振型。從仿真的結(jié)果可以看出，因?yàn)檐囀铱涨怀尸F(xiàn)橫向?qū)ΨQ，所以可以看出聲壓分布也呈現(xiàn)左右對稱。由（1）圖可知，在 0Hz時(shí)為剛體模態(tài)，即為一致聲壓模態(tài)。從第二階開始提取模態(tài)頻率和聲壓振型分布，由（2）圖可知，在 62.98Hz時(shí)出現(xiàn)首階縱向聲壓模態(tài)，聲壓值由中間往前后逐漸增大，位于發(fā)動機(jī)位置處出現(xiàn)聲壓最大值，位于駕駛員和前排乘員所在的位置處的升壓值相對很小，說明該車輛這部分的聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。由(4)圖可知，在 116.4 Hz時(shí)出現(xiàn)橫向第1階聲壓模態(tài)，在尾部處出現(xiàn)相對聲壓最小值，位于駕駛員右耳和后排座椅中間位置處相對聲壓值也比較小，這正是在設(shè)計(jì)時(shí)所希望達(dá)到的。由(5)圖可知，在 138.7 Hz時(shí)出現(xiàn)首階垂向聲壓模態(tài)，觀察可知，在車頂蓋處，即乘員頭部上方的聲壓值相對較大，這對司機(jī)和前排乘客的影響很大，在后期需要進(jìn)行改善優(yōu)化，后排乘員位置的聲壓值相對比較小，對后排乘員是有利的?？芍螒?yīng)盡量布置在節(jié)點(diǎn)位置，聲腔模態(tài)中點(diǎn)火頻率的倍頻程是最容易引起共振的頻率，所以設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)第一階非自由模態(tài)需錯(cuò)開怠速發(fā)動機(jī)2階點(diǎn)火頻率。

2 結(jié)論

本文，針對某具體車型通過仿真獲得了車身的聲場分布與模態(tài)振型，對該車內(nèi)的聲學(xué)品質(zhì)做了一些簡單的評價(jià)，為以后的車內(nèi)聲場優(yōu)化提供了重要信息。

[1] 鮑春燕,雷剛.LF520車室聲腔模態(tài)分析[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008, 22(10):14-16.

[2] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動理論與應(yīng)用[M].北京理工大學(xué)出版社,2006,6:7-16,309-320.

[3] 管義群.客車有限元建模方法概述[J],客車技術(shù)與研究,2006(5): 13-16.

[4] 劉文華,夏湯忠,劉盼,等.車身聲腔及結(jié)構(gòu)仿真分析[J].汽車科技, 2011（6）:23-25.

Model simulation analysis of body cavity based on Hypermesh

Zhang Chao, Liu Runqin, Dong Ting

( School of Chang an automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

Take a body as the research object, establish a three-dimensional simplified model, and then import Hypermesh software for processing. Finally, through Hypermesh simulation, the frequency band mode of the body under 200Hz is solved and analyzed and evaluated.

Hypermesh; Cavity mode; Simulation; Analysis; Evaluation

A

1671-7988(2018)16-273-02

U461.99

A

1671-7988(2018)16-273-02

CLC NO.: U461.99

章超（1991-），男，碩士研究生，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院，車輛工程專業(yè)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.098