基于小波熵的非稳态声品质评价参数研究

以非稳态声信号为对象,针对现有小波变换计算的小波熵在反映声信号时-频特征存在的不足,提出了改进的冗余小波分解算法并构造了零相位巴特沃斯小波滤波器。通过复合的时变和频变信号,验证了基于该方法计算的小波熵能更加准确的体现信号的时变和能量分布特性。提取了反映时频能量大致特性的小波熵均值作为非稳态声品质的客观评价参数,并应用于汽车关门声品质的分析评价中,计算了该声信号传统心理声学参数,完成了声样本的主观评价试验并获得到各声样本的偏好性评价绩效值。通过主客观相关性分析表明,小波熵均值与主观评价有更高的相关性,比传统的心理声学能好的描述和预测主观评价结果。

基于波函数法的附加弹簧阻尼薄板的振动研究

基于Kirchhoff薄板弯曲振动理论和波函数法Wave Based Method（WBM）理论,推导了运用WBM将附加弹簧阻尼结构转化为点激励的方法,构建了基于WBM计算含弹簧阻尼支承薄板振动响应的系统矩阵,得到了含弹簧阻尼支承的薄板弯曲振动响应。以四边简支矩形板为例,计算了50~600 Hz频段内参考点的振动响应,并与解析法和有限元法的计算结果进行了对比。运用该方法对比计算了添加不同弹簧阻尼结构数与无弹簧阻尼结构时薄板在120 Hz的弯曲振动响应。结果表明：通过将弹簧阻尼结构转换成点激励的方法,能有效的将WBM应用于附加弹簧阻尼支承薄板弯曲振动响应的仿真计算,与有限元法相比,有着更高精度和收敛速度。

基于波函数法的自由阻尼薄板与声学耦合响应

对敷设自由阻尼薄板振动响应进行了分析,以复刚度为基础得到了在Kirchhoff理论下复合薄板振动控制方程。基于波函数法理论,推导了自由阻尼薄板振动分析模型以及包含自由阻尼结构与声腔的三维耦合模型的建模方法;以四边固支自由阻尼矩形板及耦合的结构声学系统为例,分别以波函数法与有限元法计算了其50~500 Hz频段内的结构与声学响应。结果表明:波函数法能有效的应用于添加自由阻尼的薄板振动以及结构声耦合系统响应的预测与分析;相比于有限元法,其高精度、高收敛率的特点使波函数能有效解决更高频率的声振问题。

基于波函数法的样条边界声学域中频响应

基于波函数法(WBM)和B样条理论,提出将波函数法引入到含有B样条曲线边界的声腔中进行声学预测的方法,以2种数值积分方法实现.通过改变样条曲线的控制参数,得到2个不同的分析声学域,分别运用波函数法和不同单元尺度的有限元法对该声学域进行计算.对比2种方法下声学域的声压分布、参考点的频率响应以及2种方法的收敛情况.结果表明:采用该方法能够有效地将波函数法应用于含样条边界的声学域中,更加便捷地实现变参数建模.运用波函数法对中频声学响应进行计算分析,具有更高的精度和效率.Gauss积分与Newton积分法的对比,表明了Gauss积分法在该类边界计算中的快收敛与稳健性.

不同关门力度下乘用车关门声声品质评价

针对在主观偏好性试验中关门力度对听审者的主观评价有很大影响这一问题,考虑轻、重关门力度对声品质评价的影响,提出了一种新的关门声声品质评价参数——SE(sharpnessenergy)。即利用二次EEMD分解和Wigner-Ville分布得到样本的能量分布,参考尖锐度计算公式推导得到SE计算公式,并将其归一化为百分制,SE突出了高频成分对声品质主观偏好性的影响。为验证参数SE的有效性,将该参数和主观评价结果进行相关性分析,结果表明当关门力度不同时,SE与样本评价结果相关性更高,SE比尖锐度能更准确地反映高频成分对声品质的影响。

汽车发动机启动声品质评价与分析

以驾驶员耳处采集的乘用车发动机启动时声样本为对象,分析了其时频域分布,计算了声样本的基本物理参数、心理声学参数和烦恼度指标。运用成对比较法进行了声样本主观评价实验,得出各声样本主观偏好性得分。通过主、客观参数的相关分析和回归分析表明:烦恼度模型能正确预测声样本的主观偏好性,双耳响度和粗糙度是影响主观偏好性评价的主要客观参量,用对数变换后的拟合模型能更好的描述主观评价结果与客观参量之间的关系。

基于FE-SEA混合法的车身板件降噪分析

在分别施加单位力激励和声辐射激励下,使用FE-SEA混合法分析了平板在加筋和加阻尼材料时的振动及声辐射性能。根据统计能量法对二子系统的功率平衡方程进行推导,研究了内损耗因子的变化对SEA子系统间能量传递的影响;建立了轿车的FE-SEA混合预测模型,并通过实验验证了模型的可靠性。使用三种不同的方案添加阻尼材料,对比了车身板件的振动和声辐射性能,预测了驾驶员头部声腔声压级的变化趋势。

基于折衷规划法的转向节多目标拓扑优化设计

转向节直接影响汽车的操作稳定性和行驶安全性,为使转向节在实现轻量化的同时满足汽车动力学要求,运用SIMP(solid isotropic material with punishment)密度函数插值模型以及带权重的折衷优化法定义综合目标函数,对某太阳能赛车转向节进行多目标拓扑优化,使其一阶振动频率和静态工况下的刚度达到综合最优值。优化后该转向节的一阶振动频率提高76.87%,静态工况下的刚度提高90.25%,质量减轻44.47%,轻量化效果显著。

基于薄板-声腔耦合系统研究的微型客车车内声学优化

本文中基于对敷设约束阻尼的薄板-声腔耦合系统拓扑优化的研究,对某一微型客车进行车内声学优化。首先建立薄板-声腔耦合系统有限元模型,采用基于SIMP的拓扑优化算法对敷设约束阻尼的耦合系统进行优化和试验验证,结果表明,仿真结果与试验数据比较接近,证明所采用的方法在噪声控制方面的可行性。通过合理地布置约束阻尼材料可有效控制耦合系统声压,减少约束阻尼材料的用量。最后,基于薄板-声腔耦合系统的研究,将约束阻尼的拓扑优化应用到微型客车上,降低了驾驶员右耳处的A计权声压级,提高了微型客车的NVH性能。

轿车车内声学包多目标优化与分析

建立了轿车FE-SEA混合模型,把仿真值与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性。以防火墙和地板各层声学包材料的种类和厚度为设计变量,驾驶员右耳旁声压级、声学包总重量和总价格为优化目标,采用正交试验和灰色关联分析相结合的方法确定了各层材料种类和厚度的最优水平。以各层材料的厚度为设计变量进行进一步研究,采用最优拉丁超立方设计抽取75组样本点并通过仿真计算其响应值,任选67组样本点建立Kring近似模型,其余8组样本点验证近似模型的可靠性。最后以该近似模型为基础执行多目标优化,与原始声学包相比,驾驶员头部声腔声压级降低了0.4 d B(A),重量减轻了33.21%,价格降低了14%。

轿车车内中频噪声的FE-SEA混合分析

建立了某一轿车的混合FE-SEA模型和SEA模型,计算了各子系统的模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子。通过试验测量了匀速50km/h时的发动机舱的声辐射激励、动力总成悬置点的激励和路面不平度对车身悬置点的激励。采用混合FE-SEA模型和SEA模型分别预测了驾驶员右耳旁声压级,并与试验结果进行对比,表明了200~1 000Hz整个中频范围内混合FE-SEA模型的预测精度比SEA模型高。把能量注入法计算的内损耗因子重新加载到混合FE-SEA模型上进行计算,结果表明,在中频段预测精度得到了提高。最后对混合FE-SEA模型分别施加各悬置点的振动激励和发动机舱声辐射激励进行计算,分析了不同频率段车内噪声的主要激励源。

面向行人安全的保险杠结构改进优化

针对行人下肢的碰撞保护,建立了某车型的有限元碰撞模型并进行了试验验证。为改善行人保护性能,提出了添加吸能泡沫及副保险杠的改进方案。以吸能泡沫厚度、主副保险杠垂向距离、副保险杠壁厚这3个结构参数为设计变量,构造了优化的拉丁超立方试验,结合最小二乘法建立胫骨加速度、膝关节弯曲角度及剪切位移3个伤害指标的响应面模型,运用多目标遗传算法进行优化求解。对比结果表明,优化后的结构有效地降低了行人腿部受到的伤害,满足了安全法规要求。

车内低频噪声预测模型的改进

基于模态阻尼识别和载荷识别原理,提出了改进的车内低频噪声预测模型,结合实测加速度响应频谱,采用遗传算法修正模态阻尼比和激励力参数。将该方法应用于某轿车车内低频噪声预测中,建立包含座椅和驾驶员的轿车有限元-边界元声固耦合改进模型,对20~200Hz频带范围内车内噪声进行预测计算。同时通过试验测试实车怠速、30,40和50 km/h匀速工况下动力总成悬置点、车身悬挂点加速度信号和车内声压响应。结果表明：改进后的模型预测值与试验值吻合良好,预测精度优于传统模型。

摩托车车架动强度仿真方法研究

以某型摩托车车架为对象,建立了其参数化的动力学模型和运行的两种路面谱,完成运动仿真并提取出前后轮心处的作用力。建立了车架的有限元模型,通过模态试验验证了其正确性。结合运动仿真结果建立了动态的有限元分析模型,计算了在两种工况下应力的时域分布结果。参照仿真过程完成了对应的道路试验,得到分析点应力的时域分布。仿真结果与试验结果的对比表明,二者在时域分布、统计数值和频域分布上都有较高的相符性,验证了方法的可行性。

渐变刚度钢板弹簧建模方法对比

为更好地分析钢板弹簧刚度特性,对钢板弹簧建模方法进行了对比研究。依据钢板弹簧国家标准GB/T 19844—2005,针对某型渐变刚度钢板弹簧分别在有限元软件Hypermesh和多体动力学软件Adams中建立其有限元模型和离散梁模型,并进行了仿真,得到刚度特性。将仿真结果与试验值进行了比较。结果表明,在针对该钢板弹簧的刚度分析中,运用离散梁法得到的刚度特性更加接近试验值。

摩托车车架基于梁单元的结构优化

为了改善摩托车的乘坐舒适性和强度性能,建立了某型摩托车车架的有限元模型,进行了自由模态分析,并与实验模态进行比较。在此基础上,运用MSC.Nastran分析软件,以提高第1阶频率为目标,将梁单元的外径和厚度设为优化变量,质量和强度作为约束进行结构优化。优化结果表明:第1阶频率提高了8.66%,最大应力值降低22.14%,不仅改善了摩托车的动态特性,而且提高了其强度。

混合FE-WBM的声学预测方法

有限元法(finite element method,FEM)具有几何适应性强但随分析频率增加计算时间成本迅速增加的特性,而波函数法(wave based method,WBM)拥有收敛性好但几何适应性差的特性。为减小离散单元带来的误差和提高分析频率,采用基于声压和法向速度连续性条件实现有限元法和波函数法混合建模的混合(finite elementwave based method,FE-WBM)。以车内声腔为例,建立了车内声腔的二维FE-WBM模型,实现了车内声学响应预测。FE-WBM模型与参考有限元模型的声压云图和响应点声压频响曲线对比的结果表明,FE-WBM模型与参考有限元模型的计算结果很好吻合,验证了混合FE-WBM的有效性。分别以模型自由度和CPU运行时间为自变量,以响应点相对误差为因变量,比较两种方法的收敛特性。结果表明,在相同误差水平下,FE-WBM模型在模型自由度和CPU运行时间方面较传统有限元都有明显的优势。

板梁耦合振动响应仿真分析

板梁耦合结构是典型的中频振动结构。针对现有的确定性数值分析方法在中频预测的不足,基于波函数法(WBM)理论提出了预测板梁耦合结构的振动响应方法。在Kirchhoff薄板与Euler-Bernoulli梁振动响应基础上,以振动位移与转角为耦合量,运用加权余量法推导了板梁耦合结构的系统矩阵,建立了板梁耦合结构的波函数法模型。以四边固支的矩形板与细长梁耦合结构为例进行了验证,其100Hz时的振动响应位移云图与50~500Hz频响结果表明,相较于有限元(FEM)模型,基于波函数法的板梁耦合结构振动响应模型能有效预测更高频率的振动响应,且该模型有着更高的收敛性,在相同计算精度下,计算成本(模型自由度与计算时间)降低明显。

基于结构优化的小货车车身模态特性改进

建立了某小货车车身有限元模型,并进行了模态分析和拓扑优化。依据拓扑优化结果,提出了4种提高模态频率的方法。通过方案的对比,选取添加加强板和连接件的方式对车身结构进行改进,运用尺寸优化对修改件厚度进行了优化。结果表明,该方法能有效地改进小货车车身模态特性,1阶固有频率从14.34 Hz提高到20.03 Hz,弯曲刚度和扭转刚度也都有改善。

基于结构加速度误差最小化的声学预测模型修正

针对FEA(有限元分析)声学预测方法,提出了基于结构加速度响应误差最小化的声学预测模型修正方法。以模态迭加法为基础,结合模态应变能模态阻尼识别和频域载荷识别原理,重构了FEA声学预测模型,通过遗传算法优化结构损耗因子,使结构加速度响应计算值与实验值误差最小化,从而识别系统模态阻尼比及激励力,实现对声学预测模型参数的修正。将该方法与传统计算方法预测结果对比,结果表明:该方法可以精确识别系统模态阻尼和激励力,提高模型预测精度。