利用阻尼材料改善驾驶室声学特性的研究

    0 前言

    车内噪声是影响乘员舒适性的重要因素。对车身板件进行阻尼处理，是降低车内低频噪声的重要手段，国内外学者在方面进行了大量的研究和应用探索[1-3]。如何确定阻尼材料在车身板件上的最佳粘贴位置是当前的一个研究重点，传统的方法是通过模态应变能分析和板件贡献分析来确定[4-6]，但它们并不能给出最佳的阻尼分布。近年来，结构动力学拓扑优化有了长足的进步，阻尼结构的拓扑优化开始出现。文献[7]提出了阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念，对自由阻尼层结构进行了阻尼材料优化配置；文献[8-9]采用渐进优化算法研究了约束阻尼板结构的优化布局问题；文献[10]提出了基于优化准则的约束阻尼材料优化配置方法，并用几个算例进行了验证。

    本文对某款商用车驾驶室进行了声响应分析和声学参与因子分析，根据分析结果对前围板进行了自由阻尼处理，利用编制的拓扑优化程序对阻尼材料的分布进行了优化，并对比了未添加阻尼材料、前围板全部添加阻尼材料和优化后部分添加阻尼材料三种情况下的驾驶室声学响应。

    1 驾驶室声固耦合系统频率响应分析

    1.1 驾驶室声固耦合有限元模型

    用 Hypermesh 软件建立驾驶室结构的有限元模型。该驾驶室结构主要由钣金件组成，故采用壳单元进行模拟，大小为 10 mm。焊点用 cweld 单元及 rbe2来模拟。图 1a 为建立的驾驶室结构有限元模型，模型共计 452 506 个节点，446 812 个 pshell 单元，其中有四边形单元 429 840 个，三角形单元 16 972 个。

    在驾驶室结构模型的基础上，建立了声腔有限元模型，如图 1b 所示。模型单元大小为 40 mm，包含 98 113 个实体单元和 87 483 个节点，其中单元以六面体单元为主，考虑了座椅对声腔的影响。通过设置卡片 ACMODL 将声腔模型表面的节点与结构模型节点连接到一起，得到驾驶室声固耦合有限元模型。

    1.2 频率响应分析

    在驾驶室的四个悬置点处，分别施加大小为 1N，频率范围为 20～200 Hz，方向为垂向的单位白噪声激励。将驾驶员右耳处和乘员右耳处作为参考点，选用模态频率响应法进行计算，得到其 A 计权声压值，如图 2 所示。从图 2 中可看出，两个参考点都在 81 Hz 及 193 Hz 处出现明显的响应峰值。其中 81 Hz 处峰值带宽较窄，适宜通过增加阻尼进行改进，因此将降低 81 Hz 处声压作为改进目标。

    2 声学参与因子分析

    2.1 声学结构模态参与因子分析