周權(quán) 黃祚華 李星

摘要：本文進(jìn)行了多款平板隔音墊和某車型前圍隔音墊的隔聲窗試驗，得到了各隔音墊的隔音量試驗結(jié)果。并通過統(tǒng)計能量法進(jìn)行了各隔音墊樣件的SEA建模、仿真分析和對標(biāo)工作，分析了泄露、隔音墊反裝等各種上況等對于前圍隔音的影響。驗證了仿真分析方法的準(zhǔn)確性和有效性，為車身前圍隔音墊的綜合性選擇提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：SEA;隔音墊;隔聲窗;對標(biāo)

1引言

車身NVH性能作為車輛整體NVH性能的一部分，對于實現(xiàn)整體NVH性能達(dá)標(biāo)非常關(guān)鍵。目前國內(nèi)各主要主機廠在車身結(jié)構(gòu)NVH力而的技術(shù)水平相差小大，而在車身中高頻NVH技術(shù)方面卻差別明顯。車身低頻結(jié)構(gòu)噪聲通過車身結(jié)構(gòu)本體傳播，可以通過改變車身剛度、阻尼和質(zhì)量等方式進(jìn)行優(yōu)化，而車輛中高頻噪聲主要是空氣傳播噪聲，主要通過吸隔音的方式進(jìn)行優(yōu)化^[1]。

發(fā)動機輻射噪聲是典型的中高頻噪聲，也是車輛上最大的噪聲源，因此車身前圍及隔音墊的設(shè)計對于降低車內(nèi)噪聲水平非常重要。雖然通過試驗可以得到隔音墊的隔聲量，但足這種后期的試驗結(jié)果很難指導(dǎo)隔音墊的前期設(shè)計工作，前期的設(shè)計往往具有很大的盲目性和效果的不確定性^[2]。通過SEA仿真預(yù)測技術(shù)可以很好的進(jìn)行隔音墊鋪層材料的選擇、各層材料順序和厚度的確定、設(shè)計結(jié)果的達(dá)標(biāo)性預(yù)測等工作，從而在車型開發(fā)的早期就進(jìn)行前圍隔音墊的設(shè)計，避免后期隔音量不達(dá)標(biāo)的情況。本文對某車型前圍隔音摯進(jìn)行SEA建模和仿真分析，并與隔聲窗試驗結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)，驗證建模的準(zhǔn)確性，同時針對前圍仿真結(jié)果及其影響因素進(jìn)行了一系列的研究和探討。

2隔音墊隔音量試驗

2.1隔聲系統(tǒng)介紹

隔聲量試驗采用PSA所制作的小型隔聲箱進(jìn)行。在進(jìn)行大量的分析和反復(fù)試驗的基礎(chǔ)上，采用圖l的測量結(jié)構(gòu)^[3]。小隔音箱由上、下兩個箱體組成，上箱體的尺寸為1m×1m×1m，5個壁面，通過特殊的吸音材料和結(jié)構(gòu)的密封處理，近似消聲室;下箱體的尺寸為1m×1m×0.7m，5個壁面均為一定厚度的水泥，為混響室;上、下兩個箱體之間用厚度為0.77mm的鋼板隔開，作為參考測試件，被測對象置于其上;在下箱體中有按一定位置布局的4個高音喇叭、9個低音喇叭作為聲源，保證聲源在[250Hz，10000Hz]的范圍內(nèi)有足夠的發(fā)聲聲功率。通過特殊的隔音和密封處理，聲源發(fā)出的聲音，只能透過被測樣件傳到測量室;傳到上箱體中噪聲被按一定位置布局的4個傳聲器接收;通過圖l所示的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，將實際被測件和參考測試件接收端聲壓級的差值來計算隔音量。

2.2平直隔音墊的選取

選取了四家不同供應(yīng)商所提供的共15種典型的前圍隔音墊進(jìn)行基于小隔聲箱的隔音音試驗，這些隔音墊的材料組成包含了PET、EVA、PU發(fā)泡、雙組份棉、硬氈、軟氈、PE膜等各種常見材料。因小隔聲箱尺寸限制，將所有隔音墊制作并切割成700mmx700mm規(guī)格的均勻厚度平直件，以減少試驗和仿真的難度及不確定性，方便仿真模型的調(diào)試，增加對標(biāo)結(jié)果的一致性。選取的隔音墊材料組成及厚度等信息如下表l所示。

2.3隔聲量試驗

在小隔聲箱中對隔音墊進(jìn)行了隔聲最試驗，對小混響室中聲壓進(jìn)行了測量，以確定聲能量是否滿足進(jìn)行隔聲量試驗的條件。小混響室中測量聲壓如圖3所示：

通過圖中混響室聲壓曲線可以看出，雖然在1000-2000Hz頻率范圍出現(xiàn)了聲壓波動，但是在試驗全頻段范圍之內(nèi)，總體聲壓始終維持在lOOdB以上，且未出現(xiàn)急劇的聲衰減現(xiàn)象。由此可以判斷，混響室巾的聲壓狀態(tài)滿足基本試驗要求。

對以上隔音墊進(jìn)行隔聲量試驗，并通過隔聲量計算公式對計算結(jié)果進(jìn)行處理，得到各前圍隔音墊的試驗隔聲量結(jié)果。隔聲量計算公式如下式

其中P表示測點處聲壓，A表示被測件面積，表示空氣密度，c表示聲速^[4]。

在進(jìn)行隔音墊隔聲量計算時，需要得到隔聲墊單獨的隔聲量結(jié)果，因此需減去鋼板的隔聲量結(jié)果。單獨隔音墊隔音量汁算公式如下。

由于對于小隔聲箱來說，小混響室和消聲室的被測件而積相同，因此聲功率之比等于聲壓之比，因此隔聲量公式可以轉(zhuǎn)化為式（6）中的形式。

通過隔聲量試驗和公式計算機轉(zhuǎn)化，得到以上符種平直前圍隔音墊的隔聲量結(jié)果。

通過以上比較可以看出，所選的隔音墊面密度越大，隔聲量效果越好。試驗結(jié)果滿足隔聲量質(zhì)量定律。

由上圖5試驗結(jié)果可以看出，在質(zhì)量相差不大的情況下，雙組份棉的吸音效果優(yōu)于PU發(fā)泡。

3 隔音墊SEA仿真

3.1平直鋼板隔音量仿真及精確化

采用FEM和SEA混合建模及仿真分析方法進(jìn)行隔音墊的隔聲量仿真分析。通過有限元計算得到平直鋼板件50-1000Hz的模態(tài)位移結(jié)果，并導(dǎo)人到聲學(xué)包仿真計算軟件中進(jìn)行子系統(tǒng)自動劃分。由于該板件厚度和尺寸均勻，因此整塊板件模態(tài)密度一致，將其劃分為一個子系統(tǒng)即可。同時根據(jù)小隔聲窗的尺寸和特性模擬構(gòu)建半消聲室聲腔了系統(tǒng)和混響室子系統(tǒng)，并與鋼板進(jìn)行子系統(tǒng)的連接。消聲室、混響室、鋼板什的子系統(tǒng)連接SEA模型如下圖6所示：

子系統(tǒng)劃分完成后，通過進(jìn)行子系統(tǒng)的仿真模態(tài)密度與理論計算模態(tài)密度以及波數(shù)對比、確定子系統(tǒng)尺寸及劃分方法的合理性。子系統(tǒng)模態(tài)密度理論計算公式為：

其中S表示子系統(tǒng)面積，C_L表示子系統(tǒng)中的縱向波速度，t表示子系統(tǒng)厚度^[5]。

仿真計算和理論計算的模態(tài)密度、波數(shù)（1/3倍頻程）對比曲線如下圖7、圖8所示：

通過模態(tài)密度曲線對比可以看出，在有限元計算頻率范圍內(nèi)（50-1000Hz），仿真計算結(jié)果曲線在理論公式計算結(jié)果附近波動;而在多尺度虛擬SEA頻率范圍內(nèi)，仿真計算結(jié)果與理論計算結(jié)果幾乎重合，驗證了子系統(tǒng)劃分和尺寸劃分的準(zhǔn)確性。

同時通過對子系統(tǒng)劃分性能評價參數(shù)曲線也可以評判子系統(tǒng)劃分的合理性，評價參數(shù)曲線如下圖9所示：

其中最重要的是s/s這個參數(shù)。通過查看三條曲線，選取曲線突變下降處頻率為過渡頻率的截止頻率，起始頻率選取這個截止頻率之前最接近的三分之一倍頻程中心頻率。也就是說在該三分之一頻段內(nèi)，只有這一段是可以用來創(chuàng)建子系統(tǒng)的，其后面的頻率段因為沒有完全計算到后面的Fmax而無法得到準(zhǔn)確的模態(tài)信息而不可用。

由于在進(jìn)行小隔聲窗隔音試驗時，未單獨進(jìn)行參考鋼板本身的隔聲景試驗，鋼板的隔聲最仿真分析結(jié)果同板件理論隔聲量結(jié)果進(jìn)行了對比，由于板件是比較規(guī)則的平直鋼板，因此仿真結(jié)果與理論結(jié)果的對比吻合度可以很好地反映仿真建模的精確度。單壁板隔聲量理論公式如下所示。

Tl= 201og（mf）-47dB （9）

其中m表示板件面密度，f表示頻率。

二者對比結(jié)果如下圖10所示。可以看出，無論是在較低頻率范圍，還是在中高頻范圍，仿真隔聲景與理論隔聲量吻合度很好，驗證了鋼板隔音量仿真模型精確性。

3.2 隔聲量仿真與試驗對標(biāo)

構(gòu)建鋼板什與所選隔音墊組合的SEA仿真分析模型，并進(jìn)行隔音量仿真分析。對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到各型隔音摯的仿真隔音量。

由上圖14可以看出，各型隔音墊仿真與試驗結(jié)果對標(biāo)較好，對標(biāo)曲線走勢一致，且中高頻對標(biāo)誤差基本保持在3-5dB范圍之內(nèi)。

由圖15可以看出，隔音墊D5的仿真與試驗對標(biāo)走勢一致，在1250Hz頻率范圍內(nèi)，無論是試驗還是仿真結(jié)果都表明隔音量非常小，在1250Hz以上，隔音墊的吸聲功能有所體現(xiàn)，隔聲量迅速增加。

為考察中間PE膜對隔聲性能的影響，將D6隔音墊的巾問PE膜由0.3mm增加到0.5mm，對兩種不同厚度PE膜隔音墊的隔聲量進(jìn)行了仿真和對比，對比結(jié)果如卜圖16所示。由圖可以看出，中間PE膜的厚度對隔音墊的隔聲量影響很大，特別是在1000Hz以上中高頻。

對隔音墊D5，在進(jìn)行隔音量仿真試驗對標(biāo)的基礎(chǔ)上，將EVA和纖維層進(jìn)行了反裝，模擬隔音摯在車身前圍反裝的工況。通過仿真分析結(jié)果可以看出，將隔音墊反裝后，隔音墊隔聲量在全頻段急劇下降，隔聲性能大大降低。由此可以看出，隔音墊設(shè)計過程中，中涂層和彈性層的分層鋪設(shè)以及參數(shù)設(shè)計非常重要，同時隔音墊的安裝也對隔聲量有很火影響。

4 結(jié)語

在不考慮工裝實際水平的情況下，平直隔音墊的仿真和試驗結(jié)與實際隔音墊的隔聲量是具有很好地一致性的，因此通過考察平直隔音摯隔音量對于實際隔音墊的選取具有很強的參考價值。隔音量較好的隔音墊，如果在工裝過程巾進(jìn)行很好的控制，其隔音效果會與仿真結(jié)果具有較好的一致性。

同時，進(jìn)行聲學(xué)包仿真分析，除了需要豐富的理論知識和成熟的仿真技術(shù)之外，還需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)儲備，這些儲備主要包括材料微觀參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料吸聲系數(shù)和隔聲量數(shù)據(jù)庫、競品車整車及部件的吸隔音數(shù)據(jù)、各種吸隔聲材料的重量、成本數(shù)據(jù)庫。只有具備了以上方面的數(shù)據(jù)庫儲備，才能較好的丌展聲學(xué)包仿真工作，從而很好的為車型NVH性能正向開發(fā)服務(wù)。

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