某车车内声场噪声仿真
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关键环节之一… 。
在现代声学研究 中， 广泛 应用计 算机 和数值计 算方法 是发展 的重要 趋 势。近 １ ０年来 ， 限元 （ Ｅ 、 界 元 有 Ｆ Ｍ） 边
（Ｅ 、 Ｂ Ｍ） 统计能量 法等 数值方 法的发 展 ， 为解 决复 杂 的振 动问题 提供 了强有力 的手段 。使用 一些 通用 、 强大 的分析 软件来 解 决实 际 问题 已成 为广 大工 程 技术 人员 的首选 。
第３ １卷
第 ５期
四 川 兵 工 学 报
２１ ００年 ５月
【 莉造技术】
某 车 车 内声 场 噪 声 仿 真
张兴超 ， 雷 刚 ， 曹建 国
（ 重庆理工大学 ， 重庆汽车学院 ， 重庆 ４０ ５ ） ０ ０ ０
摘要 ： 改善 车身结构 ， 为 以某轿车为分析对象 ， 应用有 限元 数值分析 和声学 Ｃ Ｅ等先进技术 ， 车内低频传 播噪 Ａ 对 声进行 了分 析预测。采用 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ Ｏ ｔｔ ｃ 软件建立并分析 了某轿 车整 车有限元模 型和 结构 一声 学耦合 有 ｙｅｍ ｓ／ ｐｉｒ ｔ ｓｕ 限元模 型 ； 同时将实验得到的发动机对悬架 的加速度 激励作 为边界 条件 ， 对整 车的声 一固耦 合系统进 行 了频 率 响应分 析 ， 最终达到噪声仿真的 目的 ； 最后对 车内各壁 板的声学贡献进行 了分析 ， 为车身结构 的改进提供参 考。 关键词 ： 有限元 ； 车内噪声 ； 态试验 模
频率相对误 差 的绝 对值基本 在 ５ 以下 ， ％ 只有第 ３阶相对
有 限元法主要 研究 的是 车 内的低 频 固体传 播 噪声 。用 该 方法进行车 内噪声 的预测 ， 能使 整车建 模 简单 ， 算时 间 计
图 １ 白车身有限元模 型
使用软件 Ｈ ｐ ｒ ｓ／ ｐｉｒｃ 对 白车身 有 限元模 型 ｙｅ ｈ０ ｔｔ ｔ ｍｅ ｓｕ 进 行模 态分析 ， 可得到前 １ ０阶的模 态频 率和振型。 １２ 白车身模态试验 ．
中图分类号 ：４ １ Ｕ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６一ｏ０ （０ ０ ０ １０ ７ ７ ２ １ ）５—０５ — ５ ０ １ ０
轿车 的振动和噪声特性 是表征 汽车 品质的重要 指标 。 经验证 明， 汽车在生产过 程 中若 发现有振 动 、 噪声 问题 ， 要
对其进行改进需付出极其 高昂 的代 价。因此 ， 在汽 车 的设 计 阶段就应该把振 动 噪声 的控制 和优 化作 为重 要 内容和
１２ ２ 激 振 位 置 与 测 点 分 布 ．．
要 的简化 ， 以获得必 要 的计算 精度 ， 尽 可 能降低 计算 量 并 与计算复杂性 。为降低求解 规模 ， 在建模 时 以四边 形单 元
为主 ， 并在架构 变化及 过渡地 区采用少 数三角 形单元 。在
选择测点位置 、 点数 量及测 量 方 向时应 考虑 ： 测 能够 准确而完整地反映 白车身 的整 体轮廓 ； 能够 明确显示 试验
（） 态试 验得 到 的 第２ ｃ模 阶振 型 图
１３ 模 态试 验 结 果 与 有 限 元 分 析 结 果 比 较 ．
表 １为 白车身分析模 态与试验 模态对 比结果 。从 表 １ 可以看 出， 计算 模态 与试 验模 态从 阶次上 一一对 应 ； 从振 型上看 ， 计算模 态与 试验模 态也 具有 较好 的相关 性 ， 对应
５ ２
四 川 兵 工 学 报
由图 ４可看 出 ， 实验得 到的振型与有 限元分析 得到的 振型相关性非 常好 。说 明所建 立的 有限元 模型 能很好 地
图 ３为本车 白车身模 态实 验 的激励 位置 和检测 点分 布 。经过不断的试用 ， 试验 选择 了 ７号 点作 为激振 点 ， 本 方 向为垂直方 向。该车共设 置了 １ ６个测点 ， ０ 为减少 漏掉
反映实际结构的振动特性 ， 以用于后面的计算分析 。 可
模态 的机率 ， 全车 身测点分布均匀 。
ｆ） 态试验 得 到 的第１ 振 型 图 ａ模 阶
图 ２ 白车身模 态分析试验 测试 系统
ｆ） 限元 分析 得到 的第】 振 型 图 ｂ有 阶
图 ３ 激 励 位 置 与 测 点 分 布
１２ １ 试验 悬挂 系统 的 选择 设 置 ．．
短， 且计算 结果 直 观 ， 因此 采用有 限元 方 法进行 仿 真研 究
具有非常广泛的应用前景 。
１ 白车身有 限元分析及模态试验
１ １ 白车身有限元分析 ． 在轿 车车身几何模 型的基础上 ， 立车身 模态分 析有 建 限元模 型是 非常 重要 的。其建 模原 则是 在 准确反 映结 构 模态 特性 （ 包括整体 弯 曲及 扭转 刚度等 ） 的前提 下进行 必
软件 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ中所建 白车身 （ 包含 门窗 ） 限元 模型 ， ｙ ｅｍ ｓ 不 有 如 图 １所 示。其 单 元 基 本 边 长 为 １ ｌ， 单 元 数 为 ４ ｍｎ 壳
２ ０７ ３ ｒｅ 为 ３７ ４ 节 点数为２ ０９ ７ 其 中三 角形单 １ ６ ，ｂ２数 ３ ， ２ ８ ，
如 图 ２所示 ， 被测 白车身利 用 ４根柔性 弹簧悬 吊在刚 性 良好 的支架上 ， 以使车身 保持水平 。悬挂点分 别位 于前
后悬架在车身 的固定点上 ， 与车 身的连接 处为 ４个 质量极
小 的挂钩 。这样 ， 个 车身 的约束 状态 接近 于 自由状 态 ， 整
因此可 以测量得到无边界 约束状态 的模态参 数 ， 而且还可 以减少除减振力 以外 的其他干扰力的不利影响 。
频段 内所有模态 的基本特 征及相 互间 的区别 ； 能够保证 所 关 心的结构 点（ 与其他部 件 的连接点 ） 如 都在所 选择 ．７
收稿 日期 ：０ ０— ３—１ ２１ ０ ０
作者简介 ： 张兴超 （９ ４ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 主要从事汽车现代化理论与设计研究 。
在现代声学研究 中， 广泛 应用计 算机 和数值计 算方法 是发展 的重要 趋 势。近 １ ０年来 ， 限元 （ Ｅ 、 界 元 有 Ｆ Ｍ） 边
（Ｅ 、 Ｂ Ｍ） 统计能量 法等 数值方 法的发 展 ， 为解 决复 杂 的振 动问题 提供 了强有力 的手段 。使用 一些 通用 、 强大 的分析 软件来 解 决实 际 问题 已成 为广 大工 程 技术 人员 的首选 。
第３ １卷
第 ５期
四 川 兵 工 学 报
２１ ００年 ５月
【 莉造技术】
某 车 车 内声 场 噪 声 仿 真
张兴超 ， 雷 刚 ， 曹建 国
（ 重庆理工大学 ， 重庆汽车学院 ， 重庆 ４０ ５ ） ０ ０ ０
摘要 ： 改善 车身结构 ， 为 以某轿车为分析对象 ， 应用有 限元 数值分析 和声学 Ｃ Ｅ等先进技术 ， 车内低频传 播噪 Ａ 对 声进行 了分 析预测。采用 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ Ｏ ｔｔ ｃ 软件建立并分析 了某轿 车整 车有限元模 型和 结构 一声 学耦合 有 ｙｅｍ ｓ／ ｐｉｒ ｔ ｓｕ 限元模 型 ； 同时将实验得到的发动机对悬架 的加速度 激励作 为边界 条件 ， 对整 车的声 一固耦 合系统进 行 了频 率 响应分 析 ， 最终达到噪声仿真的 目的 ； 最后对 车内各壁 板的声学贡献进行 了分析 ， 为车身结构 的改进提供参 考。 关键词 ： 有限元 ； 车内噪声 ； 态试验 模
频率相对误 差 的绝 对值基本 在 ５ 以下 ， ％ 只有第 ３阶相对
有 限元法主要 研究 的是 车 内的低 频 固体传 播 噪声 。用 该 方法进行车 内噪声 的预测 ， 能使 整车建 模 简单 ， 算时 间 计
图 １ 白车身有限元模 型
使用软件 Ｈ ｐ ｒ ｓ／ ｐｉｒｃ 对 白车身 有 限元模 型 ｙｅ ｈ０ ｔｔ ｔ ｍｅ ｓｕ 进 行模 态分析 ， 可得到前 １ ０阶的模 态频 率和振型。 １２ 白车身模态试验 ．
中图分类号 ：４ １ Ｕ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６一ｏ０ （０ ０ ０ １０ ７ ７ ２ １ ）５—０５ — ５ ０ １ ０
轿车 的振动和噪声特性 是表征 汽车 品质的重要 指标 。 经验证 明， 汽车在生产过 程 中若 发现有振 动 、 噪声 问题 ， 要
对其进行改进需付出极其 高昂 的代 价。因此 ， 在汽 车 的设 计 阶段就应该把振 动 噪声 的控制 和优 化作 为重 要 内容和
１２ ２ 激 振 位 置 与 测 点 分 布 ．．
要 的简化 ， 以获得必 要 的计算 精度 ， 尽 可 能降低 计算 量 并 与计算复杂性 。为降低求解 规模 ， 在建模 时 以四边 形单 元
为主 ， 并在架构 变化及 过渡地 区采用少 数三角 形单元 。在
选择测点位置 、 点数 量及测 量 方 向时应 考虑 ： 测 能够 准确而完整地反映 白车身 的整 体轮廓 ； 能够 明确显示 试验
（） 态试 验得 到 的 第２ ｃ模 阶振 型 图
１３ 模 态试 验 结 果 与 有 限 元 分 析 结 果 比 较 ．
表 １为 白车身分析模 态与试验 模态对 比结果 。从 表 １ 可以看 出， 计算 模态 与试 验模 态从 阶次上 一一对 应 ； 从振 型上看 ， 计算模 态与 试验模 态也 具有 较好 的相关 性 ， 对应
５ ２
四 川 兵 工 学 报
由图 ４可看 出 ， 实验得 到的振型与有 限元分析 得到的 振型相关性非 常好 。说 明所建 立的 有限元 模型 能很好 地
图 ３为本车 白车身模 态实 验 的激励 位置 和检测 点分 布 。经过不断的试用 ， 试验 选择 了 ７号 点作 为激振 点 ， 本 方 向为垂直方 向。该车共设 置了 １ ６个测点 ， ０ 为减少 漏掉
反映实际结构的振动特性 ， 以用于后面的计算分析 。 可
模态 的机率 ， 全车 身测点分布均匀 。
ｆ） 态试验 得 到 的第１ 振 型 图 ａ模 阶
图 ２ 白车身模 态分析试验 测试 系统
ｆ） 限元 分析 得到 的第】 振 型 图 ｂ有 阶
图 ３ 激 励 位 置 与 测 点 分 布
１２ １ 试验 悬挂 系统 的 选择 设 置 ．．
短， 且计算 结果 直 观 ， 因此 采用有 限元 方 法进行 仿 真研 究
具有非常广泛的应用前景 。
１ 白车身有 限元分析及模态试验
１ １ 白车身有限元分析 ． 在轿 车车身几何模 型的基础上 ， 立车身 模态分 析有 建 限元模 型是 非常 重要 的。其建 模原 则是 在 准确反 映结 构 模态 特性 （ 包括整体 弯 曲及 扭转 刚度等 ） 的前提 下进行 必
软件 Ｈ ｐ ｒ ｅｈ中所建 白车身 （ 包含 门窗 ） 限元 模型 ， ｙ ｅｍ ｓ 不 有 如 图 １所 示。其 单 元 基 本 边 长 为 １ ｌ， 单 元 数 为 ４ ｍｎ 壳
２ ０７ ３ ｒｅ 为 ３７ ４ 节 点数为２ ０９ ７ 其 中三 角形单 １ ６ ，ｂ２数 ３ ， ２ ８ ，
如 图 ２所示 ， 被测 白车身利 用 ４根柔性 弹簧悬 吊在刚 性 良好 的支架上 ， 以使车身 保持水平 。悬挂点分 别位 于前
后悬架在车身 的固定点上 ， 与车 身的连接 处为 ４个 质量极
小 的挂钩 。这样 ， 个 车身 的约束 状态 接近 于 自由状 态 ， 整
因此可 以测量得到无边界 约束状态 的模态参 数 ， 而且还可 以减少除减振力 以外 的其他干扰力的不利影响 。
频段 内所有模态 的基本特 征及相 互间 的区别 ； 能够保证 所 关 心的结构 点（ 与其他部 件 的连接点 ） 如 都在所 选择 ．７
收稿 日期 ：０ ０— ３—１ ２１ ０ ０
作者简介 ： 张兴超 （９ ４ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 主要从事汽车现代化理论与设计研究 。