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发动机吸隔声材料仿真设计及应用

作　者: 王雷
导　师: 王登峰
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 汽车发动机吸声材料微穿孔板噪声控制
分类号: U465
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们生活水平的日益提高,汽车作为一种普通的代步工具开始走入千家万户,而且现在的人们对汽车的认识也愈来愈丰富,要求也愈来愈高。对于一款汽车,人们已经从最初的价格关注,转变到现在的综合考量,比如发动机动力性、整车的燃油经济性、操纵稳定性、乘坐舒适性、外观和内外饰造型等等,现在都是人们购车时要考虑的主要因素之一。而且,现在人们也愈来愈关注汽车的NVH性能,甚至有时会直接影响整车的品质和用户的满意度。国内用户对汽车NVH性能的普遍关注主要是从本世纪初开始的,和国外动辄百年的老汽车企业相比还有很漫长的路要走。而对汽车NVH性能来说,吸隔声材料的应用是解决车辆振动噪音问题的一个简便有效而又快速的途径,它的应用基本不会改变汽车的原有结构布局,现在已经为愈来愈多的汽车企业和开发商所重视。本文所要研究的就是这样一种改善汽车噪声性能的发动机吸隔声材料。这种材料是置于发动机的上方,用来隔离和吸收发动机产生的噪声。原来这种材料由国外的供应商进行生产提供,或者技术指导生产,但是成本价格比较高,为了降低其成本,使得整车更有竞争力,就需要研发一种廉价的、性能好的吸声材料对国外材料进行替代。要合理有效地应用吸声材料,就要研究材料的吸声性能。本文首先根据相关的资料总结出了测量材料吸声系数的主要方法,如混响室方法,阿尔法舱(Alpha Cabin)法,驻波管法,传递函数法,MLS方法等。并指出他们各自的特点和相应的使用范围,从而对材料声学性能的测量提供基础。在对吸声材料的研究中,通过对国外吸声材料的分析和观察发现,这种结构的吸声材料主要由两个部分构成的,即上层的铝制穿孔板和下层的复合纤维材料,上层的铝制穿孔板可以将其近似视为单层微穿孔板结构,而下层的纤维层,我们可以根据结构分析给出最佳的参数。本文通过借鉴著名声学专家马大猷院士提出的微穿孔板理论方法的基础上,对微穿孔板吸声结构进行了理论建模和仿真分析,详细讨论了影响该种材料吸声性能的主要因素分析了各因素对材料吸声性能影响的规律性,确定了材料的优化结构和尺寸参数,进而给出了详尽的优化设计方案。然后,分析了材料的衬底结构特性,讨论了泡沫、粘胶以及木质纤维的作用,给出了在衬底结构中去掉粘胶的建议。在此基础上进一步深入研究了微缝板结构的吸声性能,提出了相应的结构改进建议。通过驻波管声学材料性能测试分析比较了改进材料和国内外同类材料的吸声性能结果表明,改进材料的吸声系数优于已有国内的声学材料,与国外相同材料相比吸声能力也很接近。把所研发的材料应用于整车噪声控制中,分别进行了整车怠速工况下车内噪声测量试验和车外通过噪声测量试验,发现吸声材料的改进对整车车内驾驶员耳旁噪声有一定程度的改善作用,但对车外动态加速噪声影响不大。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-16
  1.1 引言  12-14
    1.1.1 研究背景  12
    1.1.2 问题的提出  12-13
    1.1.3 解决问题的方法  13-14
  1.2 微穿孔板和微缝板吸声结构理论研究的现状  14-15
    1.2.1 微穿孔板吸声结构研究的现状  14
    1.2.2 微缝板吸声结构理论研究的现状  14-15
  1.3 本文的主要内容、目的和意义  15-16
第二章材料吸隔声性能的测量方法和装置  16-25
  2.1 混响室法  16-19
    2.1.1 混响室的概念及测试环境  16-17
    2.1.2 测量装置  17
    2.1.3 测量方法和吸声系数  17-18
    2.1.4 阿尔法舱（Alpha cabin）  18-19
  2.2 驻波管法  19-21
    2.2.1 测量设备  19-20
    2.2.2 测量方法和吸声系数  20-21
  2.3 传递函数法  21-22
    2.3.1 测量设备  21
    2.3.2 测量方法和吸声系数的计算  21-22
  2.4 Maximum Length Sequence(MLS)法  22-24
    2.4.1 MLS 法的特点  22
    2.4.2 测试环境和测量设备  22-23
    2.4.3 测量方法  23-24
    2.4.4 吸声系数的计算  24
  2.5 本章小结  24-25
第三章吸隔声材料的结构分析及理论推导  25-39
  3.1 吸声机理及吸声系数、声阻抗  25-26
    3.1.1 吸声机理  25
    3.1.2 吸声系数  25
    3.1.3 声阻抗  25-26
  3.2 吸声材料（结构）的基本类型  26-31
    3.2.1 多孔吸声材料  27-29
    3.2.2 共振吸声结构  29-31
    3.2.3 特殊吸声结构  31
  3.3 微穿孔板吸声结构理论  31-35
    3.3.1 亥姆霍兹共鸣器  31-32
    3.3.2 力—电—声类比  32-33
    3.3.3 单层微穿孔板吸声结构  33-35
  3.4 微缝板吸声结构理论  35-38
    3.4.1 微缝板的声阻抗率  36-37
    3.4.2 微缝吸声结构正入射的吸声系数  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章材料结构对吸隔声体的影响及其参数优化  39-62
  4.1 材料吸声的改进设计  39-40
  4.2 穿孔铝板吸声性能的计算机仿真  40-48
    4.2.1 吸声系数，共振频率和板后空腔厚度的关系  40-42
    4.2.2 吸声系数，共振频率和孔径的关系  42-44
    4.2.3 吸声系数，共振频率和板厚的关系  44-46
    4.2.4 吸声系数，共振吸收峰和孔间距的关系  46-48
  4.3 穿孔铝板衬底材料部分对材料的吸声性能的影响  48-50
    4.3.1 泡沫  49
    4.3.2 木质纤维  49
    4.3.3 粘胶  49-50
  4.4 吸声材料的结构设计  50-53
    4.4.1 穿孔铝板的结构设计  50-52
    4.4.2 穿孔铝板衬底材料的设计  52-53
  4.5 微缝仿真  53-61
    4.5.1 吸声系数，共振频率和板后空腔厚度的关系  53-55
    4.5.2 吸声系数，共振频率和缝宽的关系  55-57
    4.5.3 吸声系数，共振频率和板厚的关系  57-59
    4.5.4 吸声系数，共振频率和缝间距的关系  59-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章材料吸隔声性能测试及在整车的应用  62-74
  5.1 材料吸声性能测量试验  62-66
  5.2 不同材料吸声系数测量结果及对比分析  66-69
  5.3 怠速车内噪声测试  69-71
    5.3.1 测试条件  69-70
    5.3.2 测试结果对比  70-71
  5.4 车外加速噪声测试  71-72
    5.4.1 测验条件  71
    5.4.2 测验结果汇总  71-72
  5.5 本章小结  72-74
第六章总结和展望  74-76
  6.1 全文总结  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-78
致谢  78

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