袁亦博　肖岳　方晨　楊博融

摘 要：基于ANSYS軟件，運(yùn)用有限元分析，通過對普通家用轎車NVH聲固耦合特性的研究，了解NVH特性的基本原理，并通過數(shù)據(jù)分析白車身對于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)的NVH特性，并提出白車身改進(jìn)方案，希望通過較小的零部件改動(dòng)，達(dá)到較大的汽車NVH性能的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：NVH；白車身；ANSYS；有限元分析

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，汽車的需求日益增加，普通家用轎車更是成為了尋常百姓家里的代步工具，也因此，汽車用戶對于乘坐的舒適性越來越關(guān)注，要求也越來越高。其中NVH特性便是汽車乘坐品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。所謂NVH，即是Noise，Vibration和Harshness.聲音和振動(dòng)，不難理解，而聲振粗糙度是指人體對噪聲和振動(dòng)的主觀感覺，是噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，不能用客觀方法來度量。而所謂的聲固耦合，指的是車身收到外界激勵(lì)后引起車身壁板振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生聲波作用到乘坐室聲腔，而乘坐室聲腔將聲波放大或縮小，反作用于車身壁板上的現(xiàn)象。

在NVH的研究中，不論是N，V，還是H，其振動(dòng)和噪聲都是最為中要的兩個(gè)指標(biāo)。而其產(chǎn)生也是相互作用相互影響的。汽車作為一個(gè)整體，可以看成是一個(gè)有激勵(lì)源、振動(dòng)傳遞器以及噪聲發(fā)射器組成的系統(tǒng)。

激勵(lì)源，顧名思義，指的是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的地方，對于汽車而言，其激勵(lì)源主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器，路況與輪胎等等。振動(dòng)傳遞器則是指懸掛系統(tǒng)和連接件組成的傳遞部分，而最后，由車身構(gòu)成的噪聲發(fā)射器就將其他部分產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲傳遞到乘坐者的身體使其感受到。

基于對上述內(nèi)容的了解，我們這里主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)位置所產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)對于普通家用轎車白車身的NVH特性響應(yīng)， 并對白車身結(jié)構(gòu)試著提出改變意見。我們之所以選擇發(fā)動(dòng)機(jī)，是考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)是每輛車必備且十分重要的地方，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲有一定的規(guī)律可循，通過這樣的研究有望達(dá)到大范圍改善普通家用轎車的NVH特性。

1 白車身NVH優(yōu)化部位的確定

1.1 白車身建模

我們采用SOLIDWORKS以某家用轎車白車身進(jìn)行建模，然后將其導(dǎo)入ANSYS15.0進(jìn)行分析處理，轉(zhuǎn)入ANSYS后，其模型如下：

1.2 模態(tài)分析

將模型導(dǎo)入ANSYS后，我們首先對白車身添加材料屬性，考慮到現(xiàn)在的家用轎車車身普遍較輕，我們選擇鋁合金作為白車身實(shí)驗(yàn)材料，然后我們以0.005m為單位劃分網(wǎng)格，得到劃分后的白車身模型：

我們在四個(gè)輪轂出添加四個(gè)固定點(diǎn)約束，并保持車身水平。然后通過分析計(jì)算，得到其各階模態(tài)及其固有頻率：

具體如下：

由上面六個(gè)圖以及表一我們可以分析的到：

由于模態(tài)分析中，高階模態(tài)響應(yīng)不具有參考性。我們主要分析一二階響應(yīng)，由一階響應(yīng)可以看到，其主要變形部位位于車頂棚及連接車頂棚的幾根支柱上，而二階響應(yīng)中，其主要變形位于車頂棚前端以及車前蓋靠近主視窗的位置。由此可以看出，白車身薄弱部位主要有車頂棚，支架，和車前蓋部分位置。這幾個(gè)地方都是我們可以改進(jìn)的地方。

1.3 車內(nèi)聲場分析

在建立了白車身自身模態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)之上，我們分析聲壓的模態(tài)響應(yīng)。以此來尋找噪聲在白車身內(nèi)部的反應(yīng)情況。我們設(shè)置白車身為噪聲體，并對其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，分析計(jì)算后得到了其六階聲壓云圖：

具體如下：

分析各階聲壓云圖可以看出，其結(jié)果與我們預(yù)期的結(jié)果相似，由于高階不考率參考性，而一階由于響應(yīng)過低，也不可取，因此我們以二階聲壓云圖進(jìn)行分析，不難看出，其白車身車前部分的聲壓較大，而對于車室內(nèi)部而言，駕駛座及副駕駛座前方的聲壓較大，及所產(chǎn)生噪聲較大。因此改進(jìn)可以從這方面入手。而結(jié)合模態(tài)分析可以發(fā)現(xiàn)，無論是振動(dòng)還是噪聲，其主要都集中在白車身前中部。

1.4 諧響應(yīng)分析

為了簡單模擬車在路面行走的顛簸情況，我們選擇將模型導(dǎo)入ANSYS，對其進(jìn)行諧響應(yīng)分析，在其發(fā)動(dòng)機(jī)位置添加約束力模擬發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，得到六階模態(tài)變形云圖，在將其進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到位移響應(yīng)分布云圖：

由圖中可以看出，其形變主要集中在駕駛室前方，與前面實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)基本吻合。這也和振動(dòng)和噪聲是相互關(guān)聯(lián)相互影響的結(jié)論相吻合。

2 白車身優(yōu)化方案確定

正如上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)的到的結(jié)論所說。我們在噪聲，振動(dòng)中通過改善其變形情況來減少振動(dòng)從而也來減輕噪聲的傳遞。因此，從上述三組實(shí)驗(yàn)測試中，我們發(fā)現(xiàn)白車身主要薄弱部分主要是車頂棚，車前蓋靠近車室處以及車頂棚支架。這里我們考慮到車前端蓋可以通過各種零部件來改善其振動(dòng)情況，然后噪聲方面我們也可以采用在車前部與車室之間增加隔音材料來改善其聲響應(yīng)情況，因此，我們這里主要討論對車頂棚的改善優(yōu)化方案。

我們經(jīng)過討論后，發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)，一是在其車頂棚內(nèi)部加筋板可以有效改善其薄弱位置的情況，二是在發(fā)動(dòng)機(jī)頂蓋加一層0.01m的橡膠層。

我們采用如下形狀的加強(qiáng)筋，既能夠保證其強(qiáng)度，又能保證美觀。

加強(qiáng)筋高度取15mm，厚度為17mm，起筋角取75度，其整體效果圖如下圖所示：

3 白車身優(yōu)化效果

將優(yōu)化后模型導(dǎo)入ANSYS軟件，進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，模態(tài)分析結(jié)果如下圖所示：

通過和之前的對比不難看出其變形情況較之前明顯好轉(zhuǎn)。

接著我們對其進(jìn)行諧響應(yīng)分析與優(yōu)化前相比，優(yōu)化前其車前蓋靠近車室部分變形明顯，是需要改善的地方，而通過在車頂棚加加強(qiáng)筋之后，我們發(fā)現(xiàn)車前蓋的變形幾乎消失，其對于駕駛員的影響也大大降低。

我們又對其改進(jìn)后的白車身進(jìn)行了聲壓模態(tài)反應(yīng)分析，其主要結(jié)果如下：

從圖中可以看出車駕駛室位置的聲壓模型明顯改善。特別是對于車室捏駕駛員及副駕駛位置處的聲壓明顯降低。

綜上所述，我們通過在車頂棚加加強(qiáng)筋的方式，大大的提高了其汽車的NVH特性。

4 結(jié)語

我們以研究普通家用轎車通用模型的NVH聲固耦合特性出發(fā)，并具體選取白車身為研究對象，以發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲為主要輸入源，通過模態(tài)分析，聲場分析以及其諧響應(yīng)分析，找到其白車身本身薄弱部位，并以車頂棚為例，提出了其優(yōu)化NVH性能方案，并加以驗(yàn)證。結(jié)果表明，其優(yōu)化后，不僅車頂棚的模態(tài)有所提高，其車前蓋的諧響應(yīng)也有明顯優(yōu)化。

指導(dǎo)老師：陳大林

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