【摘要】：隨著汽車實用速度不斷提高,高強度、寬頻帶的氣動噪聲已經(jīng)成為影響乘坐舒適性不容忽視的問題。在以往的汽車氣動噪聲研究中,工作重心往往集中于對聲壓級的計算與評估,而隨著汽車研發(fā)趨勢逐漸從產(chǎn)品性能轉(zhuǎn)向品質(zhì)研發(fā)層面,因此汽車聲品質(zhì)的研究已經(jīng)成為當(dāng)下研究熱點之一。然而現(xiàn)階段針對氣動噪聲聲品質(zhì)的研究工作相對缺乏,并且傳統(tǒng)的汽車氣動噪聲聲壓級不足以全面整體的表征車內(nèi)氣動噪聲多屬性特性。因此為了全面深入地研究車內(nèi)氣動噪聲聲環(huán)境特征,開展汽車氣動噪聲聲品質(zhì)的研究工作就顯得尤為重要。目前,國內(nèi)外對于汽車聲品質(zhì)研究主要集中于整車與零部件結(jié)構(gòu)噪聲研究領(lǐng)域,尚沒有對車內(nèi)氣動噪聲聲品質(zhì)問題給予足夠的關(guān)注,因此還需要以具體氣噪特性的深入了解為基礎(chǔ),發(fā)展與之相適應(yīng)的汽車氣動噪聲綜合評價體系與控制方法。為此,本文針對汽車在高速行駛時車內(nèi)兩種主要氣動噪聲(偶極子噪聲與風(fēng)振噪聲)的聲品質(zhì)問題,分別建立了基于有限元-統(tǒng)計能量(FE-SEA)與網(wǎng)格自適應(yīng)(ALE)方法對車內(nèi)氣動偶極子輻射噪聲與風(fēng)振噪聲進行了數(shù)值仿真計算,結(jié)合響度、粗糙度、尖銳度等客觀參量探討了這兩種氣動噪聲聲品質(zhì)特性,并在此基礎(chǔ)上開展基于聲品質(zhì)的車內(nèi)氣動噪聲均衡控制方法研究,為解決汽車氣動噪聲設(shè)計問題提供了新的研究思路,具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。本文主要研究內(nèi)容如下:1.汽車氣動偶極子噪聲相關(guān)湍流模型的比較與篩選。汽車高速行駛時車身周圍復(fù)雜流場會產(chǎn)生強烈的脈動壓力,而脈動壓力是后續(xù)偶極子噪聲及其品質(zhì)計算分析的重要基礎(chǔ)與依據(jù)。針對MIRA國際標(biāo)準模型組和外流場三維數(shù)值計算模型,從保證數(shù)值計算精度的角度出發(fā),確定了在進行流場穩(wěn)態(tài)計算時,采用Re alizable k-?兩方程湍流模型,在流場瞬態(tài)計算過程中,采用大渦方程(LES)進行模擬,以精確獲得車身表面的脈動壓力信息;并通過PIV測試與壓力數(shù)據(jù)采集驗證了車身外部流場以及車身表面脈動壓力的準確性。2.針對車內(nèi)偶極子輻射噪聲,提出了一種能夠準確預(yù)測較寬頻帶內(nèi)的LES-FE-SEA模型。理論推導(dǎo)了聲類比(FW-H)與傳統(tǒng)方法(FE、BEM、SEA)的相關(guān)模型,詳細闡述了FW-H與FE-SEA混合方法的理論基礎(chǔ)與實現(xiàn)條件,將在CFD計算中獲得的脈動壓力作為噪聲源項,采用FE-SEA方法對聲學(xué)Helmholz方程進行求解,實現(xiàn)了實車封閉乘員室空間的偶極子噪聲在寬頻區(qū)間內(nèi)的數(shù)值仿真計算,實車道路測試結(jié)果表明,該方法在中頻范圍內(nèi)具有較高的計算精度,與傳統(tǒng)有限元、邊界元、統(tǒng)計能量分析方法相比,該方法在兼顧計算精度與計算效率兩方面時具有綜合優(yōu)勢。3.結(jié)合響度、粗糙度、尖銳度、抖動度四個物理參量,以偶極子噪聲為載體,構(gòu)建了相應(yīng)聲品質(zhì)計算流程�；陧懚�、粗糙度、尖銳度、抖動度四個心理聲學(xué)客觀參數(shù),將聲學(xué)計算得到的聲壓級頻譜曲線作為聲學(xué)后處理的初始信號,運用Matlab軟件編譯各客觀參數(shù)計算流程,獲得了氣動噪聲各聲學(xué)客觀參量,并對比分析了數(shù)值計算與測試結(jié)果�？偨Y(jié)了聲壓級以及四個聲品質(zhì)客觀參量與車速變化關(guān)系,為車型開發(fā)階段對車內(nèi)偶極子氣動噪聲品質(zhì)的評估提供了重要的借鑒價值。4.建立了一套適用于汽車的側(cè)窗風(fēng)振噪聲品質(zhì)計算方法。推導(dǎo)了松弛-弱可壓模型及風(fēng)振噪聲控制方程,重點闡述了簡易車廂動網(wǎng)格計算方法中的網(wǎng)格劃分、邊界條件與求解器設(shè)置,以及聲學(xué)后處理。對比分析了仿真計算與風(fēng)洞實驗結(jié)果,驗證了該計算方法的準確性,揭示了響度、粗糙度、尖銳度、抖動度四個聲品質(zhì)客觀參量與滑動擋板開度的變化規(guī)律,并且詳細分析了產(chǎn)生這些變化現(xiàn)象的相應(yīng)機理,為實車風(fēng)振噪聲品質(zhì)設(shè)計提供了可供參考的研究思路及方法。5.汽車側(cè)窗連續(xù)開啟下的風(fēng)振噪聲品質(zhì)計算分析�？紤]汽車具有外形高度復(fù)雜的特征,對模型進行適當(dāng)?shù)暮喕?將基于ALE方法的動網(wǎng)格技術(shù)引入風(fēng)振噪聲仿真計算中,經(jīng)過相應(yīng)的聲學(xué)后處理,實現(xiàn)了各聲品質(zhì)客觀參量的數(shù)值計算。重點分析了左前側(cè)窗與左后側(cè)窗風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機理,并采用實車道路測試與固定開度方法驗證了該計算流程對風(fēng)振噪聲品質(zhì)計算的準確性。詳細闡述了左前與左后側(cè)窗風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)各客觀參量與車速、側(cè)窗開啟程度的變化規(guī)律及其內(nèi)在機理。最后綜合考慮聲壓級與四個聲品質(zhì)客觀參量,提出乘員室需加強通風(fēng)換氣時側(cè)窗的開度區(qū)間及相應(yīng)車速的合理建議。6.針對汽車氣動噪聲聲品質(zhì)多屬性特征,設(shè)計了一種能夠均衡控制乘員室氣動噪聲品質(zhì)的降噪方案。針對車內(nèi)偶極子噪聲,通過在內(nèi)飾布置多層吸聲材料的設(shè)計思想,結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化方法,采用遺傳算法,獲得了能夠均衡控制聲品質(zhì)各客觀參量的多層吸聲材料的布置方案。針對車內(nèi)風(fēng)振噪聲,通過在側(cè)窗附近布置仿生雨擋的降噪措施,分別以前后雨擋各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量,進行多目標(biāo)優(yōu)化,獲得了能夠提升車內(nèi)風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)的雨擋設(shè)計方案。綜上所述,基于LES-FE-SEA與ALE法的汽車氣動噪聲計算方法為車內(nèi)氣動噪聲聲品質(zhì)研究提供了有效的數(shù)值預(yù)測手段。本文系統(tǒng)的對車內(nèi)偶極子氣動噪聲與風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)特性以及均衡化控制進行了深入細致地研究,為汽車開發(fā)階段預(yù)測與評估車內(nèi)氣動噪聲聲品質(zhì)水平提供了可供參考的研究思路與方法。
【圖文】：

人工頭耳模型

1 車內(nèi)氣動噪聲主要來源汽車高速行駛時，封閉乘員室內(nèi)部氣動噪聲主要是由車身表面偶極子引 1.2 所示[6]，，然而當(dāng)乘員室需加強通風(fēng)換氣時，往往需要將車窗開啟一，此種情況下，車內(nèi)外氣流的瞬態(tài)干涉效應(yīng)引起的風(fēng)振噪聲就更為凸顯兩種聲傳播途徑已經(jīng)成為汽車高速行駛時乘員室空間主要氣動噪聲來源研究氣動偶極子噪聲首先需要探究氣動噪聲整體性起源，封閉乘員室內(nèi)聲是由汽車車身表面湍流邊界層內(nèi)的擾動、表面脈動壓力共同引起的，式分別為四極子聲源與偶極子聲源[7-9]。汽車行駛時處于低馬赫數(shù)工況，子噪聲源產(chǎn)生的輻射噪聲很小，可以忽略其影響，從而車身表面的偶極主導(dǎo)地位[10-11]。目前已經(jīng)有大量關(guān)于偶極子氣動噪聲的相關(guān)研究文獻，大致通過理論分析、實驗測試和數(shù)值仿真三種方法對偶極子聲壓級水平，所得結(jié)果之間也能相互印證[12-16]，不過這些研究對聲品質(zhì)客觀參數(shù)的欠缺，尤其對于車內(nèi)駕乘人員附近的偶極子噪聲品質(zhì)客觀參量。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U467.493

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本文編號：2614076