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摩托车发动机壳体辐射噪声预测方法研究

作　者: 周科
导　师: 杨诚
学　校: 重庆大学
专　业: 车辆工程
关键词: 有限元法边界元法噪声预测结构优化
分类号: TB53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前,随着先进测试技术及计算机技术的迅猛发展,对发动机振动和辐射噪声的研究主要有以测试为主的试验研究和以计算机模拟计算为主的计算机辅助设计/计算机辅助工程(CAD/CAE)分析两个方面。采用先进的测试方法进行试验,尽管试验结果的精度较高,但测试仪器的价格昂贵,且试验时间长,通过试验研究的方法从问题的提出到解决往往要经过相当长的时间,难以满足生产及市场的需求。采用CAD/CAE为基础的模拟分析计算方法,由该方法所得的结果虽然不及试验方法精确,但只要一台计算机配上相关的CAD/CAE分析软件就可以计算,费时比较短,而且更为重要的是,在制成实物之前便可以实施,这样可以避免实物损失并缩短优化过程的时间,提高工作效率。本文以某摩托车发动机壳体为例,采用理论分析与试验分析并行分析的研究方法,试验分析给予理论分析以合理的激励条件及验证理论分析方法的正确性,理论分析为壳体噪声的优化提供方向。最终分析出发动机壳体的振动噪声特性。在试验分析方面,通过对摩托车进行噪声试验,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,综合分析两种试验所得的数据,发现发动机壳体的声辐射导致车外加速噪声过大,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,此外,为了进一步分析壳体的振动特性及为在理论上检验所建立的有限元模型的正确性提供试验依据,还对发动机右壳体进行了模态试验。在理论分析方面,采用有限元法与边界元法联合求解的方法分析发动机壳体的振动噪声特性,首先对发动机壳体进行模态分析,将试验模态与计算模态进行对比,两者的吻合程度较高,表明所建立的有限元模型的正确性;再分析发动机壳体在振动加速度激励下的动态响应,得到壳体表面的振动速度频谱图,并与试验所得壳体上典型点的振动速度频谱图进行对比,仿真结果与试验结果吻合较好,最后对壳体进行辐射仿真分析,得到其结构外部声场特性,将预测结果与试验结果在各频带下的噪声源分布及噪声频谱构成进行对比分析,分析了误差产生的原因,对比分析结果表明,采用有限元法与边界元法联合求解的方法能够有效的预测出壳体辐射噪声。在找到一套有效的理论计算方法来研究壳体辐射噪声后,综合考虑了壳体的结构特性,通过对壳体结构进行合理的修改,再采用相同的理论计算方法对改进后的壳体进行辐射噪声分析,理论计算结果同样通过了试验的验证,并且通过对壳体结构进行合理的修改,降低壳体辐射噪声2.2dB(A)。再次表明采用有限元法与边界元法联合求解的方法能够有效的预测出壳体辐射噪声,并且采用此方法能够很方便的对壳体结构进行声学优化。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 发动机壳体振动噪声的研究现状  10-13
  1.3 本文的研究方案  13-14
  1.4 小结  14-16
2 发动机壳体振动分析与噪声预测理论基础及方法研究  16-22
  2.1 引言  16
  2.2 发动机壳体振动的概念  16-17
  2.3 发动机壳体振动问题的研究方法  17-18
  2.4 发动机壳体辐射噪声的研究方法  18-20
    2.4.1 理论分析发动机壳体辐射噪声  18-19
    2.4.2 试验分析发动机壳体辐射噪声  19-20
  2.5 小结  20-22
3 发动机壳体辐射噪声试验分析  22-32
  3.1 引言  22
  3.2 摩托车车外通过噪声试验  22-24
    3.2.1 车外通过噪声试验的目的及意义  22
    3.2.2 车外加速行驶噪声试验结果及分析  22-24
  3.3 发动机右侧声强试验  24-29
    3.3.1 声强的概念及声强测量的基本原理  24-26
    3.3.2 声强试验的目的及意义  26-27
    3.3.3 声强试验结果及分析  27-29
  3.4 发动机壳体模态试验  29-31
    3.4.1 模态试验的概念，目的及意义  29
    3.4.2 模态试验的激励  29-30
    3.4.3 试件的悬挂方式  30
    3.4.4 模态试验的结果  30-31
  3.5 小结  31-32
4 发动机壳体有限元模型的建立  32-44
  4.1 引言  32
  4.2 发动机壳体三维实体模型的建立  32-33
  4.3 有限元法的原理及应用  33-41
    4.3.1 有限元法的基本概念  33-34
    4.3.2 有限元网格的划分  34
    4.3.3 薄壳问题的有限元法  34-41
  4.4 发动机壳体有限元模型的建立  41-43
  4.5 小结  43-44
5 发动机壳体的动力响应分析  44-54
  5.1 引言  44
  5.2 发动机壳体的理论模态分析  44-47
    5.2.1 理论模态分析的目的及原理  44-47
    5.2.2 发动机壳体理论模态分析的计算结果  47
  5.3 发动机壳体频率响应分析  47-52
    5.3.1 频率响应分析的原理  47-49
    5.3.2 发动机壳体频率响应分析激励力的获取  49-51
    5.3.3 发动机壳体频率响应分析理论计算结果与试验结果的对比  51-52
  5.4 小结  52-54
6 发动机壳体的噪声辐射分析  54-66
  6.1 引言  54
  6.2 噪声的客观度量  54-55
  6.3 求解壳体辐射噪声的软件平台  55
  6.4 边界元法概念及特点  55-56
  6.5 发动机壳体边界元分析模型的建立  56-58
  6.6 发动机壳体辐射噪声计算结果与试验结果的对比  58-61
  6.7 误差分析  61-63
  6.8 小结  63-66
7 发动机壳体的声学优化  66-80
  7.1 引言  66
  7.2 发动机壳体辐射噪声优化方法  66-70
  7.3 改变形状壳体的动力响应分析  70-74
    7.3.1 改变形状壳体的模态分析  70-71
    7.3.2 改变形状壳体的频率响应分析  71-72
    7.3.3 改变形状壳体的辐射噪声分析  72-74
  7.4 发动机壳体辐射噪声试验验证  74-79
    7.4.1 安装两种壳体发动机的声强对比试验  74-76
    7.4.2 安装两种壳体摩托车的车外加速行驶噪声对比试验  76-79
  7.5 试验分析结论  79
  7.6 小结  79-80
8 全文总结  80-82
致谢  82-84
参考文献  84-88
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文  88

摩托车发动机壳体辐射噪声预测方法研究

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