柴油机结构振动和辐射噪声特性研究

集多体动力学方法、有限元方法、声学边界元方法于一体,对某柴油机结构振动和结构辐射噪声特性系统地开展了数值预测和分析工作。通过模态试验数据修正了发动机各部件及组合结构有限元模型,确保了有限元模型的合理性。由计算所得发动机结构表面的振动速度值和试验值变化趋势一致,在部分频率段吻合较好。基于表面振动速度法通过Matlab编程获得了各部件的声功率级及其排序,能够有效地指导低噪声设计工作。通过有限元和边界元方法分别对不同激励工况下发动机结构振动响应和声学响应进行了预测,通过分析可知,在低频段范围内活塞激励和燃烧激励相对阀系激励对整机辐射噪声的影响大,高频段辐射噪声主要集中在1 700Hz左右频段,其中,阀系激励对该频段范围内辐射噪声的影响较大。     

通过控制活塞振动降低柴油机燃烧噪声

现在,乘用车柴油机需要满足各种不同的要求,如低噪声、低燃油耗、低排放,以及高输出功率。改善噪声的关键是降低燃烧噪声,也就是降低柴油机敲缸噪声。降低柴油机敲缸的传统方法是减少由燃油预喷射引起的燃烧激振力、附加发动机机体加强筋或利用隔声罩改善噪声传递特性。然而,这些方法都有负面影响,如燃油经济性恶化、成本/质量增加。因此,需要依靠改进发动机结构来降低噪声。通过发动机试验分析了从活塞、连杆、曲轴到发动机机体的噪声传递路径和振动特性,认定活塞共振是噪声源。为了吸收活塞垂直运动产生的共振能量,设计了带有动态阻尼器的新型活塞销结构,它能产生与活塞反向的共振。验证了采用这一新技术降低柴油机敲缸的效果。     

发动机壳体辐射噪声试验研究

以某摩托车为例,通过对摩托车进行车外通过噪声试验,发现该车工作时,在其右侧面存在1kHz附近的共振频率;通过对发动机右侧面进行声强试验,发现1kHz附近的噪声是通过壳体向外辐射的,以结构噪声为主;通过对发动机右壳体进行模态试验,发现该壳体在振动的激励下,存在1kHz附近的固有频率。综合分析三种试验所得的数据,发现该型号摩托车右侧面噪声较大的原因是:发动机右壳体在振动的激励下,在1kHz附近发生了共振,进而向外辐射出大量的噪声。这个分析结果为下一步优化壳体的振动噪声特性提供了方向。     

基于结构-声学灵敏度分析的油底壳辐射噪声控制研究

本文中以某微型车发动机油底壳为对象,研究油底壳的辐射噪声控制问题.首先用有限元法分析其振动响应和结构灵敏度,然后采用边界元法计算其结构-声学灵敏度,判断影响油底壳辐射噪声的主要因素,接着通过可行方向法进行声学特性优化,最后用有限元和边界元组合方法求得优化前后油底壳辐射噪声的半球场点声压,结果表明优化后油底壳辐射噪声显著降低.     

汽油机链传动啸叫噪声研究

本文针对某汽油发动机链传动啸叫问题,进行CAE 仿真分析及优化.采用多体动力学方法分析正时链与机油泵链传动布置的相互影响,分析表明更改机油泵链布置不能有效降低链传动的啸叫噪声.通过优化正时罩壳结构刚度,降低表面振动速度,从而减少啸叫噪声辐射.     

混合动力汽车噪声和振动特性及其控制

针对某双行星排功率分流式混合动力车型存在的噪声及振动冲击问题,基于其结构特点分析了由于激励源变化而带来的噪声和振动特性的变化,并提出了相应的解决方案。试验结果表明,对附件连接管路进行隔振处理或将附件单体布置在动力总成上,可有效降低附件工作噪声;整车控制程序优化以及悬置刚度曲线合理设计可解决启停冲击问题;通过齿形修形可降低合成箱齿轮啸叫;通过优化悬架衬套刚度及胎面胶的结构可降低振动的传递,达到降低路面噪声的目的。     

某越野车换挡杆NVH问题的试验研究

为解决某越野车怠速换挡杆抖动问题,采用比利时LMS公司的Test.Lab振动噪声测试系统进行了换挡杆振动问题的试验研究。通过结构模态分析和振动传递路径分析找到了换挡杆振动过大的原因,提出了降低换挡杆本体橡胶衬套硬度、降低压紧弹簧刚度、改进尼龙球面垫结构等优化方案。试验结果表明,优化后换挡杆怠速振动加速度总值满足目标值要求,怠速时的换挡杆抖动问题得到改善。     

基于热弹流润滑轴承模型的三缸机NVH性能预测与优化

本文中采用热弹流(TEHD)润滑轴承模型对一台三缸GDI发动机的振动噪声进行预测和优化。首先建立带TEHD轴承模型的发动机多体动力学模型,并对计算模型进行了实验验证。接着在此基础上,预测发动机辐射噪声性能,确定了影响发动机NVH性能的关键部件和关键频率。最后进行发动机NVH性能优化,优化后发动机辐射声功率级降低了1.3d B(A)。研究结果表明,所建高精度模型能更准确地确定影响发动机NVH性能的关键频率;而合理的优化能更有效地改善发动机NVH性能,从而大幅缩短发动机开发周期,降低开发成本,提升市场竞争力。     

基于ATV的轮胎辐射噪声分析

基于声传递向量概念,结合有限元和边界元方法对轮胎的辐射噪声进行了分析,计算得到了简谐激励下轮胎的辐射噪声响应.应用同样的分析方法研究了随机路面激励下轮胎辐射噪声的声压、声功率分布.通过分析轮胎胎压、材料和质量等对轮胎辐射噪声的影响可知,一定程度上提高充气压力可以降低轮胎噪声;轮胎侧壁材料的变化对轮胎噪声辐射有很大影响;增大轮胎侧壁质量可以降低辐射噪声峰值.     

基于小波分析的车载激光雷达冲击振动噪声处理方法研究

针对车载激光雷达输出信号精度受冲击振动噪声影响的问题,建立了冲击振动激励与电路振动噪声响应之间的数学模型,提出了一种基于小波分析的噪声消除方法。该方法通过对车载激光雷达输入冲击激励信号进行小波分析,对输出振动噪声响应信号进行高斯函数拟合,建立了二者间的关联函数,在此基础上设计了输出噪声处理算法。仿真结果表明,该算法对冲击振动引起的车载激光雷达输出噪声有明显消噪效果。     

汽车迟滞非线性动力系统仿真研究

通过轿车副车架橡胶支承的动态特性试验,实现了橡胶支承迟滞非线性特性的数学建模和参数识别。用动态子结构方法将整车模型划分为多个子结构,采用含连接子结构的自由界面模态综合法建立了整车非线性流固耦合模型。用MontoCarlo法模拟路面激励谱和发动机随机激励力谱,利用整车结构-声学耦合系统的运动微分方程,在时域内对路面激励和发动机激励产生的振动和车内噪声特性进行仿真模拟,并通过道路试验和台架试验对计算结果进行了验证。     

摩托车发动机噪声试验研究

在摩托车发动机的噪声控制研究中,运用声功率、声强等高线图及频谱分析方法,对表面辐射噪声进行了声源识别和研究,进、排气噪声对测量面的声贡献较大;运用分别运行法进行噪声分离试验,将燃烧噪声、活塞敲击噪声、配气机构噪声、初级齿轮副啮合噪声分离,进一步分析了2种转速下该发动机的噪声组成和不同噪声的频谱特征,为降低该型发动机的表面辐射噪声奠定了基础。     

减振钢板在内燃机降噪中的应用

论述了降低机械结构振动的方法及常用复合减振钢板的减振机理。分析了车用内燃机结构表面振动与辐射噪声的关系，并对一台车用大功率涡轮增压中冷柴油机进行台架试验，确定了油底壳及进气管为发动机主要噪声源。通过采用减振钢板取代原普通钢板的方法，使这两部件的振动水平显著降低，发动机整机噪声也得到了改善。     

驾驶室结构声的统计能量分析

研究以统计模态特性估计宽带激励系统结构声传输的有效方法。以统计能量分析特征参数对结构与声振动进行统一动态描述,建立了多声振源激励的复杂多重结构声振系统响应估计的矩阵方程,并应用于驾驶室模型动态响应的预示分析。研究表明:激励频率接近箱体壁板临界频率时,壁板结构与流体声场之间形成强烈交互作用,成为室内声压级提高的重要原因。统计能量分析为研究声场与固体结构振动之间的交互作用、结构的机械性质等对噪声辐射和结构振动效应提供了可行途径。     

商用车用永磁同步电机转子冲片结构拓扑优化

在商用车常用的8极48槽驱动电机转子设计中,为避免高转速引起的离心力造成转子失效,降低电机转子振动,采用ANSYS软件对电机转子冲片结构进行拓扑优化,保证优化后的转子冲片结构在额定转速下满足机械强度的同时,还降低了电机旋转过程中的径向力谐波幅值,达到降低振动减小噪声的目的,为下一步高速电机的性能改善提供了理论指导。     

发动机油底壳辐射噪声控制研究

利用有限元法分析某发动机油底壳的振动特性,对其表面辐射噪声进行研究。首先对油底壳进行模态分析,研究其固有频率和振型,然后对油底壳进行瞬态振动响应分析,由此确定油底壳在发动机工作过程中振动较强的部位,并据此提出抑制油底壳振动,以降低其表面辐射噪声的方案。     

改善发动机噪声辐射满足车辆新噪声法规

近期,车辆通过噪声法规将发生变化,噪声限值将明显收紧。这种变化要求改进发动机噪声辐射。另一方面,在现有燃油经济性压力下,未来发动机将越来越注重轻量化,这对发动机噪声排放有负面影响。因此,在新的动力系统设计过程中,需要考虑车辆新通过噪声法规的相关要求。在某些情况下,需要开发新的解决方案,在减轻发动机质量的同时改善发动机噪声水平。1种有效方法是优化发动机关键部件设计,如曲轴和发动机底部结构。过去一直采用原始方法进行研究,可以看出发动机零部件对动力系统辐射噪声产生多大影响,此外找出曲轴刚度和动力系统辐射噪声之间的定量关系。实际上,通过改善曲轴刚度,能够使发动机辐射噪声降低1~2dB。而发动机底部结构对辐射噪声的影响可达到3dB。改善噪声辐射的另一种有效方法是加装发动机隔声罩。对3种类型的隔声罩进行了研究:发动机顶部隔声罩、发动机底部隔声罩,以及排气端隔声罩。对于整个动力系统的噪声辐射,每个隔声罩能够降低噪声约1dB。关于发动机顶部隔声罩,Renault公司开发了1款轻量化产品,在保持令人满意的发动机声学性能的同时,隔声罩质量至少减轻50%。Renault公司还提出了隔热-隔声罩新概念,为发动机排气端表面提供隔热和噪声衰减功能。隔热-隔声罩由1层薄钢板和1层厚的玻璃纤维制成。采用这种类型的屏蔽罩,可获得与发动机顶部隔声罩相媲美的噪声衰减功能。此外,与简单的层压钢板隔热罩相比,新的解决方案无需额外增加质量,甚至更轻。     

考虑映射误差的电机电磁噪声数值仿真

由于定子等效和电磁力映射准确性对电机多物理场耦合结果影响较大,采用定子结构与电磁力网格节点分布一致的方法建立了定子等效模型,并计算电机电磁辐射噪声。通过麦克斯韦应力张量法计算定子表面电磁力的空间和频率特性,将电磁力与电机模态耦合得出电机表面振动响应,最后通过有限元法计算电机辐射噪声并与测试结果进行对比。对比结果表明,考虑电磁力映射误差的定子等效模型可以提高模型标定精度。     

FEM/BEM在轮胎振动和噪声特性分析中的应用

基于ABAQUS和SYSNOISE程序,给出了分析轮胎振动和噪声特性的有限元和边界元模型及完整方法（FEM/BEM）,并以此模型和方法对某半钢子午胎进行了模态分析,计算其在激励作用下的辐射声场.计算结果表明,只要有通过试验获得的轮胎在滚动过程中所受到的真实激励谱,利用本文的方法即可对轮胎的振动噪声进行预报.     

发动机正时链盒NVH性能分析及解决方案

发动机正时链盒是发动机前端主要噪声源之一。以某1.8LTGDI直列4缸汽油机为例,通过在半消声室内测量发动机1m噪声声压级和表面结构振动可知,发动机前端噪声主要来自发动机正时链盒振动响应和辐射噪声。通过设计优化和模拟分析的方法来研究正时链盒噪声-振动-平顺性(NVH)优化方案,缩短了零部件设计时间和开发周期,大大提高了设计效率。在边界条件允许的情况下,正时链盒振型较大区域增加固定点比优化筋布置结构对改善正时链盒NVH更有效。试验结果表明,在正时链盒上增加1个与缸体间螺栓固定点和外表面贴覆复合式静音钢板的方法可减小正时链盒振动和辐射噪声,使发动机前端噪声降低了4.4dB(A),最终满足NVH性能要求。此类研究方法和结果对发动机正时链盒类似薄壁覆盖件设计方向具有重要参考意义。