專利名稱：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲進(jìn)行分析的方法。
背景技術(shù)：
在沒有完整的發(fā)動(dòng)機(jī)CAE裝配模型和輸入條件時(shí)，在沒有試制樣件或者即使有 樣件但得不到完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，沒有有效的方法評(píng)估汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤部件振動(dòng)噪聲 性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種通過四種分析對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析的方法。本發(fā)明包括四個(gè)方面，機(jī)油盤的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、隔聲與輻射聲分析、組合件的 整體阻尼分析、機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)；
a、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處或者機(jī)油盤的各螺栓孔處輸入力載荷，用頻響法或瞬態(tài)法有效地分 析與模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；
b、用聲學(xué)邊界元模型與邊界條件處理方法進(jìn)行機(jī)油盤輻射聲場分析與隔聲性能分
析；
C、采用材料特性擬合方法分析組合機(jī)油盤與復(fù)合材料機(jī)油盤的振動(dòng)噪聲性能，即通 過結(jié)構(gòu)有限元的應(yīng)變能分析得到組合結(jié)構(gòu)件與復(fù)合材料機(jī)油盤的損失系數(shù)；
d、以輻射聲功率、聲傳遞損失及場點(diǎn)的聲音品質(zhì)評(píng)價(jià)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能；
e、組合件的整體阻尼分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件的聲音品質(zhì)特性首先通過場點(diǎn) 的聲音回放由人的主觀感受來分析和評(píng)價(jià)，得到的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以應(yīng)用于后續(xù) 的成對(duì)比較法中。本發(fā)明在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)前期、實(shí)物樣件試制之前，用CAE分析手段對(duì)產(chǎn)品振動(dòng) 噪聲性能分析與預(yù)測，指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案改進(jìn)與優(yōu)化，有效地降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，減少 樣件試制數(shù)量與輪次而減少試制費(fèi)用。旨在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，探索僅對(duì)機(jī) 油盤本身振動(dòng)噪聲性能分析與評(píng)估方法，由此為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材 料選型、工藝設(shè)計(jì)等提供關(guān)于振動(dòng)噪聲性能評(píng)估依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案在國內(nèi)首次提出，未見過類似提案、論文等，具有全新的 CAE分析方法探索與工程應(yīng)用指導(dǎo)意義，彌補(bǔ)了在仿真技術(shù)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件振動(dòng) 噪聲性能評(píng)價(jià)的空白，適用于任何材料、任何組合件的振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)，理論根據(jù)明 確，分析結(jié)果可靠，無論在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)前期還是試制完成后的對(duì)比評(píng)價(jià)，成為汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)附件設(shè)計(jì)開發(fā)的有效方法，縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了人力和物力。對(duì)聲音品質(zhì)的研 究意義深遠(yuǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)代噪聲控制包括兩個(gè)層面，其一是降低噪聲的聲壓級(jí)，其二就是調(diào) 節(jié)產(chǎn)品的聲音特性。通過后續(xù)的成對(duì)比較法和噪聲優(yōu)化，能夠消除總體噪聲中令人煩躁 的成分，營造一個(gè)舒適的車內(nèi)外環(huán)境。


圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的質(zhì)心處輸入力載的模擬圖； 圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤各螺栓孔處輸入力載的模擬圖； 圖3是輻射聲分析模型； 圖4是剛性邊界條件定義；圖5是發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下機(jī)油盤的輻射聲功率級(jí)分布； 圖6是機(jī)油盤各部位對(duì)輻射聲功率的貢獻(xiàn)量； 圖7是隔聲分析模型； 圖8是機(jī)油盤的聲傳遞損失頻譜； 圖9是機(jī)油盤某一側(cè)1米遠(yuǎn)處場點(diǎn)聲音合成； 圖10是實(shí)施例中兩種機(jī)油盤1000Hz內(nèi)的模態(tài)計(jì)算結(jié)果； 圖11是實(shí)施例中鋼板機(jī)油盤的結(jié)構(gòu)有限元模型； 圖12是實(shí)施例中降噪機(jī)油盤的結(jié)構(gòu)有限元模型；圖13是實(shí)施例中輻射噪聲貢獻(xiàn)量分析中各板的定位，圖中panel 1側(cè)面、panel 2前底部、panel3后底部、panel 4前部、panel 5斜坡；圖14是實(shí)施例中機(jī)油盤輻射聲計(jì)算模型；圖15是實(shí)施例中兩種機(jī)油盤輻射聲功率頻譜 圖16是實(shí)施例中鋼板機(jī)油盤板對(duì)輻射聲功率的貢獻(xiàn)量；圖17是實(shí)施例中降噪機(jī)油盤板對(duì)輻射聲功率的貢獻(xiàn)量；圖18是實(shí)施例中機(jī)油盤隔聲計(jì)算模型；圖19是實(shí)施例中兩種機(jī)油盤聲傳遞損失頻譜 圖20是實(shí)施例中鋼板機(jī)油盤透射聲功率頻譜(IOHz 1000Hz)；圖21是實(shí)施例中鋼板機(jī)油盤透射聲功率頻譜(1010Hz 2000Hz)圖22是實(shí)施例中鋼板機(jī)油盤透射聲功率頻譜(2010Hz 3000Hz)圖23是實(shí)施例中降噪機(jī)油盤透射聲功率頻譜(IOHz 1000Hz)；圖24是實(shí)施例中降噪機(jī)油盤透射聲功率頻譜(1010Hz 2000Hz)圖25是實(shí)施例中降噪機(jī)油盤透射聲功率頻譜(2010Hz 3000Hz)圖26是實(shí)施例中場點(diǎn)21127處鋼板機(jī)油盤的輻射聲音采集圖；圖27是實(shí)施例中場點(diǎn)76891處降噪機(jī)油盤的輻射聲音采集圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括四個(gè)方面，機(jī)油盤的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、隔聲與輻射聲分析、組合件的 整體阻尼分析、機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)；a、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處或者機(jī)油盤的各螺栓孔處輸入力載荷，用頻響法或瞬態(tài)法有效地分 析與模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；b、用聲學(xué)邊界元模型與邊界條件處理方法進(jìn)行機(jī)油盤輻射聲場分析與隔聲性能分析；C、采用材料特性擬合方法分析組合機(jī)油盤與復(fù)合材料機(jī)油盤的振動(dòng)噪聲性能，即通過結(jié)構(gòu)有限元的應(yīng)變能分析得到組合結(jié)構(gòu)件與復(fù)合材料機(jī)油盤的損失系數(shù)；
d、以輻射聲功率、聲傳遞損失及場點(diǎn)的聲音品質(zhì)評(píng)價(jià)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能；
e、組合件的整體阻尼分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件的聲音品質(zhì)特性首先通過場點(diǎn) 的聲音回放由人的主觀感受來分析和評(píng)價(jià)，得到的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以應(yīng)用于后續(xù) 的成對(duì)比較法中。從動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、隔聲與輻射聲分析、組合件的整體阻尼分析、機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件 振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)等，提出機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析方法。用頻響法或瞬態(tài)法有效地分析與模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。用聲學(xué)邊界元模型與邊界條件處理方法進(jìn)行機(jī)油盤輻射聲場分析與隔聲性能分 析。采用材料特性擬合方法分析組合機(jī)油盤與復(fù)合材料機(jī)油盤的振動(dòng)噪聲性能，即 通過結(jié)構(gòu)有限元的應(yīng)變能分析得到組合結(jié)構(gòu)件的損失系數(shù)。用輻射聲功率、聲傳遞損失及場點(diǎn)的聲音品質(zhì)評(píng)價(jià)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能。通過場點(diǎn)的聲音回放由人的主觀感受來分析和評(píng)價(jià)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件的 聲音品質(zhì)特性。具體的分析方法描述如下
1、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處或者機(jī)油盤的各螺栓孔處輸入力載荷，用頻響法或瞬態(tài)法有效地分 析與模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。結(jié)構(gòu)件受簡諧激勵(lì)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程如式(4)所示。Mx〃 +Cx' +Kx = F(CO)(4)
上式中M、C、K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量陣、阻尼陣、剛度陣；F(co)為力載荷；χ"、 χ'、χ分別為加速度向量、速度向量、位移向量。在頻域內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬時(shí)激勵(lì)頻率從零擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)分析所需要的上限頻 率，因?yàn)樵谥械皖l段發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大，所以如果只是關(guān)心結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題則上 限截止頻率到幾千赫茲，但是如果此動(dòng)態(tài)分析作為后續(xù)聲學(xué)分析的依據(jù)則上限截止頻率 需要更高，這完全取決于具體工況中所感興趣的頻率范圍。在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)相應(yīng)模擬時(shí)激勵(lì)時(shí)間從零延續(xù)到動(dòng)態(tài)分析所需要的上限截止 時(shí)間，而且要保證分析時(shí)間間隔不大于所需要的分析上限頻率之逆，分析時(shí)間間隔也由 具體工況中所感興趣的頻率范圍而定。在沒有發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的三維數(shù)據(jù)但具備慣性參數(shù)時(shí)，在頻域或時(shí)間域通過質(zhì)心處 施加力載荷進(jìn)行機(jī)油盤的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析(圖1)，圖1的分析中所需要的參數(shù)有發(fā)動(dòng)機(jī)整 機(jī)的質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性(即，參考坐標(biāo)系三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ixx、Iyy、Izz和三個(gè) 慣性積Ixy、Iyz、Izx)、機(jī)油盤的彈性模量、泊松比、質(zhì)量密度以及阻尼比。發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī) 的慣性參數(shù)及質(zhì)心、質(zhì)量因發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型而異，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)來進(jìn)行模擬， 通過有限元方法換算出不包括油底殼的剩余裝配件的慣性參數(shù)，換算時(shí)應(yīng)保證參考坐標(biāo) 系的統(tǒng)一。有限元模型中生成集中質(zhì)量單元所用的參數(shù)如下
結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量M= / P dv；
關(guān)于X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ixx= / P (y2+z2) dv；
關(guān)于Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ivv= / P (x2+z2) dv；關(guān)于Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Izz= / P (y2+x2) dv； 對(duì)X、Y軸的慣性積Ixy= f P χ y dv ； 對(duì)Y、Z軸的慣性積Izy= f P yzdv； 對(duì)Ζ、X軸的慣性積Izx= f P zxdv ； 其中，P為結(jié)構(gòu)質(zhì)量密度，ν為體積。
在沒有發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的三維數(shù)據(jù)也不具備慣性參數(shù)時(shí)，直接在機(jī)油盤各螺栓孔施 加頻域或時(shí)間域內(nèi)的力載荷(圖2)，圖2的分析中所需要的參數(shù)有機(jī)油盤的彈性模量、 泊松比、質(zhì)量密度、阻尼比，這四個(gè)材料參數(shù)中的前三個(gè)可以在材料手冊(cè)中查到也可以 通過試驗(yàn)測得，而模態(tài)阻尼比由模態(tài)試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)。
輸入載荷時(shí)考慮實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和主要階次頻率，每個(gè)工況下的載荷力 為虛擬力載荷(輸入力的單位牛頓)，由此來定性地分析機(jī)油盤的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
2、用聲學(xué)邊界元模型與邊界條件處理方法進(jìn)行機(jī)油盤輻射聲場分析與隔聲性能 分析。
機(jī)油盤的噪聲性能分析是在放掉機(jī)油盤中的機(jī)油狀態(tài)下進(jìn)行，在邊界元分析 中假定流體是均勻介質(zhì)，所用的聲學(xué)特性參數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)空氣中的聲速與質(zhì)量密度聲速 =340m/s ；密度=1.225kg/m3。
輻射聲場分析中考慮聲學(xué)分析精度而且根據(jù)結(jié)構(gòu)有限元模型和聲學(xué)邊界元模型 的拓?fù)湫螤钫_定義結(jié)構(gòu)件的映射傳遞數(shù)據(jù)精度(圖3)。根據(jù)聲學(xué)分析上限頻率決定邊 界元網(wǎng)格的大小，聲學(xué)邊界元分析上限頻率與邊界元網(wǎng)格大小的關(guān)系如下對(duì)于一次邊界元，f _含C / 6* L _ ； 對(duì)于二次邊界元，f _含C / 3* L _。
其中f _為聲學(xué)分析最高頻率； C為聲速；L _為最大邊界元網(wǎng)格大小。
結(jié)構(gòu)有限元模型和聲學(xué)邊界元模型間的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞用幾何插值算法，插值節(jié) 點(diǎn)間距應(yīng)保證結(jié)構(gòu)振動(dòng)數(shù)據(jù)不會(huì)因最大間距定義的不合理而丟失，至少，聲學(xué)模型的每 個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)模型上的四個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)參與映射。
在機(jī)油盤頂部生成剛性面，通過剛性邊界條件定義(即，表面速度為零，圖4) 防止機(jī)油盤內(nèi)表面振動(dòng)引起的噪聲干擾，這就保證了只由機(jī)油盤表面振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)輻 射噪聲數(shù)據(jù)的可靠。
用邊界元法模擬機(jī)油盤的隔聲分析，考慮聲學(xué)分析精度以及空氣流體中的聲與 結(jié)構(gòu)件的完全耦合，防聲墻的模擬做到準(zhǔn)確定位聲源輸入場與透射聲場，聲源類型為模 擬擴(kuò)散場的分布平面波，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的幾何形狀生成正確的場點(diǎn)模型以保證透射聲的準(zhǔn) 確度。防聲墻定義在XY平面上但是邊界元模型的部分或全部節(jié)點(diǎn)可以不在XY平面， 如果機(jī)油盤模型中的自由邊界不在XY平面則需要添加單元來彌補(bǔ)自由邊界與防聲墻之間 的空隙以避免聲漏現(xiàn)象(圖5)。機(jī)油盤的開口端(即通過螺栓與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體連接的那 一面)的單元在XY平面上并具有零壓差和零速度差，即賦予此面為從一側(cè)到另一側(cè)是 連續(xù)的、完全透明的邊界條件。透射聲場中的場點(diǎn)模型為自由場中用來全封閉機(jī)油盤的
3.采用材料特性擬合方法分析組合機(jī)油盤與復(fù)合材料機(jī)油盤的振動(dòng)噪聲性能， 即通過結(jié)構(gòu)有限元的應(yīng)變能分析得到組合結(jié)構(gòu)件與復(fù)合材料機(jī)油盤的損失系數(shù)，如式(1) 所示。
權(quán)利要求
1. 一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析方法，其特征在于包括四個(gè)方面，機(jī) 油盤的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、隔聲與輻射聲分析、組合件的整體阻尼分析、機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件振動(dòng) 噪聲性能評(píng)價(jià)；a、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處或者機(jī)油盤的各螺栓孔處輸入力載荷，用頻響法或瞬態(tài)法有效地分 析與模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；b、用聲學(xué)邊界元模型與邊界條件處理方法進(jìn)行機(jī)油盤輻射聲場分析與隔聲性能分析；C、采用材料特性擬合方法分析組合機(jī)油盤與復(fù)合材料機(jī)油盤的振動(dòng)噪聲性能，即通 過結(jié)構(gòu)有限元的應(yīng)變能分析得到組合結(jié)構(gòu)件與復(fù)合材料機(jī)油盤的損失系數(shù)；d、以輻射聲功率、聲傳遞損失及場點(diǎn)的聲音品質(zhì)評(píng)價(jià)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能；e、組合件的整體阻尼分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件的聲音品質(zhì)特性首先通過場點(diǎn) 的聲音回放由人的主觀感受來分析和評(píng)價(jià)，得到的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以應(yīng)用于后續(xù) 的成對(duì)比較法中。
全文摘要
一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析方法，涉及對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤振動(dòng)噪聲進(jìn)行分析的方法。本發(fā)明從動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、隔聲與輻射聲分析、組合件的整體阻尼分析、機(jī)油盤結(jié)構(gòu)件振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)等，提出機(jī)油盤振動(dòng)噪聲性能分析方法，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料選型、工藝設(shè)計(jì)等提供關(guān)于振動(dòng)噪聲性能評(píng)估依據(jù),具有全新的CAE分析探索與工程應(yīng)用指導(dǎo)意義，本方法適用于任何材料、任何組合件的振動(dòng)噪聲性能評(píng)價(jià)，理論根據(jù)明確，分析結(jié)果可靠，成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附件設(shè)計(jì)開發(fā)的有效方法，縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了人力和物力。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102023074SQ201010537698
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者樸英子 申請(qǐng)人:中國第一汽車集團(tuán)公司