基于板件贡献量分析的车身阻尼材料布置研究

2009年LMS中国用户大会论文集基于板件贡献量分析的车身阻尼材料布置研究

王志亮，门永新，彭鸿，袁连太

（吉利汽车研究院有限公司，浙江临海 317000）

中文摘要：分析和探讨了板件贡献量对在汽车开发过程中的重要性，提出了应用板件贡献量解决附加声学处理，特别是车身阻尼材料的方法。建立了板件贡献量的数学模型。以国内某款车为例，建立了有限元与边界元的耦合模型，用板件声学贡献量的方法进行了分析，针对不同的贡献区域，提出了相应修改的建议。

关键词：附加声学处理，阻尼材料，边界元，板件声学贡献量

Research of Arrangement for Automobile Damping Material Based on

Panel Acoustic Noise Contribution

Wang Zhiliang, Men Yongxin, Peng Hong, Yuan Liantai

(Zhejiang Geely Automobile Institute Co. Ltd, Linhai 317000, China)

Abstract：The importance of PCA (Panel Acoustic Contribution Analysis) during the car development was introduced. The solution was presented to the acoustic treatment with PACA. The mathematical model for PACA was established. A three-dimensional sound-structural coupling model was presented in this paper by using the finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM). This paper solves the problems by PACA. At the end, the improved solutions to design problems were put forward.

Key words: acoustic treatment, damping material, BEM, panel acoustic noise contribution（PACA）

随着全球生态环境的恶化与能源的日益紧缺，人们对燃油经济性的要求越来越高，汽车轻量化设计已经成为各汽车制造商的设计主流。轻量化设计的对象不但包括白车身、底盘等部件，车身结构的附加声学处理也是轻量化的重要内容。轻量化设计已经是声学处理设计发展的重要趋势之一。

汽车的乘坐室内噪声是由包围乘坐室的所有板件振动引起的，车身壁板的不同区域对于乘坐室内部空间的任意位置声压的贡献量是不同的，而车身声学处理多数情况是附加在车身壁板上，一定程度上可以降低板件的振动速度。因此，车身声学处理位置选择是非常重要的。由于车身壁板对乘坐室正负贡献的原因，分析板件贡献量是非常必要的，盲目地减少车身板件的振动可能会得到适得其反的效果。

因此，在汽车的开发工程中，对板进行贡献量分析，可在开发初期就可以针对车

身板件提出附加声学设计，并协调与车身的设计关系。对板件贡献量进行分析有三个重要的作用：第一，可根据正负贡献区域，对不同壁板进行相应的声学处理；第二，可根据各板件的贡献大小优化声学处理，减少附加声学处理的重量，满足轻量化的要求；第三，可以协调车身与附加声学的设计，降低了解决汽车开发后期噪声问题的难度，原因在于单纯从结构上降低板件的振动速度很难起到降噪的效果[1]。

本文针对某一款车为例，建立了有限元与边界元的耦合模型，利用软件b

进行了分析计算，找出了声学处理的关键部位，为车身声学处理，尤其是阻尼材料的合理应用提供了有益的建议。

1 数学模型的建立

车身受到外界激励后引起车身壁板振动，同时车身壁板的振动受到乘坐室封闭空

间内空气的制约，壁板振动产生的噪声再经过乘坐室空腔放大和衰减才形成车内噪声，反过来，产生的噪声同样作用在车身壁板上放大或抑制壁板的振动，外界的激励须经过这样耦合后才形成最终的车内噪声。乘坐室耦合系统的动力学方程可写为[2]：

[][][0][0][][][][][][][0][0]sf ss ss ss ff ff g fs

ff K M F C K u u u M C F M p p K p ⎤⎡⎤⎤⎧⎫⎡⎡⎧⎫⎧⎫⎧⎫++=⎥⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎥⎢⎢⎥⎩⎭⎩⎭⎩⎭⎣⎣⎦⎦⎩⎭⎣⎦&&&& （1）式中：下标s 表示为结构相关量，下标f 表示为空腔相关量，M, C, K 分别表示质

量、阻尼和刚度，u 表示位移向量，p 表示声压向量，F 表示施于结构的力向量，F g 表示广义力向量。

若以系统耦合方程（1）为基础，将包围空腔的乘坐室板件m 划分成n 个单元，

令车身单元j 在乘坐室i 点产生的声压P i,j 贡献为：

,21n

kr jr i j j r r r r P F k j C m φφωω==+−∑ （2） 式中r 表示模态阶数，这样板件m 对乘坐室i 点产生的声压P i 贡献为：

,1n

i i j j P P ==∑ （3）

2 实例分析

2.1 问题概述

本次分析是基于国内某一款车，该车处在优化减重的阶段，考虑到车身的阻尼

材料对车身重量，提出了利用板件贡献量进行分析评估，目的是保证阻尼材料的合理性和针对性，同时降低制造成本，优化乘坐室的NVH 性能。

对车身阻尼材料有重要影响的激励源主要有：发动机激励和路面激励，通常需要综合考虑两种激励源对车身的影响，进而来优化阻尼材料的布置。本次仅以发动机激励源，为阻尼优化提供建议。

2.2 分析模型及边界条件的建立

汽车的声腔模型可以通过b的Structure下的Cavity mesh模块来完成，边界元模型可以利用声腔模型在Hypermesh中获得，见图1。激励源的位置选取发动机的四个悬置处。分析模型的采用Neumann边界条件，边界的速度通过Nastran频响分析求得的，为了更好地模拟车的实际情况，在利用Nastran计算边界条件时，模型采用Trimmed body形式进行计算。

图1 声腔的边界元模型

2.3 计算分析

根据车身的结构和分析需要，本次主要分析了底板及防火墙的情况，并将底板和防火墙区域进行了区域划分，具体化分为：防火墙、前底板、中底板和后底板分为左右两个部分，总计八个区域，响应点取司机左耳侧。考虑的阻尼材料作用的频率范围，分析了2～200Hz的情况，通过CAE软件b分析计算，可得到如下图1和图2：