發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)輻射噪聲數(shù)值仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、空氣污染、水污染和噪聲一起被列為當(dāng)今世界三大主要污染源，并且已經(jīng)成為一個(gè)世界性的問題。在現(xiàn)代城市環(huán)境噪聲源中，汽車所產(chǎn)生的噪聲所占的比例最大，而發(fā)動機(jī)噪聲是汽車的主要噪聲源。隨著汽車市場競爭越來越激烈，低噪聲已經(jīng)成為乘坐舒適性的一部分，與動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性一起成為了評價(jià)汽車品質(zhì)的重要指標(biāo)。因此，作為汽車主要噪聲源的發(fā)動機(jī)噪聲機(jī)理和降噪技術(shù)研究具有重要的意義。
　　本文以上海大眾1.4TSI EA111渦輪增壓缸內(nèi)直噴汽油機(jī)為具

2、體研究對象，在充分研究了與本研究課題相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，首先詳細(xì)介紹了發(fā)動機(jī)輻射噪聲的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后對發(fā)動機(jī)的噪聲機(jī)理、傳播途徑、噪聲源識別及分離技術(shù)、結(jié)構(gòu)輻射噪聲預(yù)測關(guān)鍵問題及其發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，最后根據(jù)所闡述的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)輻射噪聲預(yù)測的總體思路和分析流程，對發(fā)動機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)輻射噪聲預(yù)測、計(jì)算方法和優(yōu)化等進(jìn)行了一系列深入的研究工作。本文主要研究工作包括：
　?。?）應(yīng)用Pro/E軟件通過參數(shù)化建模的方式建立了發(fā)動機(jī)整機(jī)的

3、三維數(shù)模，并利用Hypermesh軟件建立了機(jī)體、缸蓋、缸蓋罩、正時(shí)罩蓋、變速箱箱體、油底殼等發(fā)動機(jī)主要部件的有限元模型，并對主要零部件及發(fā)動機(jī)整機(jī)進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，掌握了整個(gè)發(fā)動機(jī)及其相關(guān)零部件的動力學(xué)特性。通過與發(fā)動機(jī)模態(tài)試驗(yàn)的振型和頻率等結(jié)果進(jìn)行對比和分析，表明計(jì)算所使用的模型準(zhǔn)確、合理。
　?。?）應(yīng)用ABAQUS軟件對發(fā)動機(jī)的主要零部件有限元模型的自由度進(jìn)行了縮減，并基于AVL Excite Power Unit（E

4、xcite PU）平臺，建立了發(fā)動機(jī)多體動力學(xué)計(jì)算模型，計(jì)算分析了發(fā)動機(jī)外特性下的振動特性，并與發(fā)動機(jī)振動試驗(yàn)進(jìn)行了對比分析，試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果一致性較好。最后利用噪聲恢復(fù)的方法獲得了發(fā)動機(jī)的表面振動速度，為后期的發(fā)動機(jī)輻射噪聲計(jì)算和分析提供了邊界條件。
　?。?）通過在Hypermesh中所建立的發(fā)動機(jī)有限元模型，利用LMS Virtual Lab的結(jié)構(gòu)模塊（Structure）獲得了發(fā)動機(jī)表面邊界元網(wǎng)格模型，并結(jié)合前期所獲得的

5、發(fā)動機(jī)表面振動速度的邊界條件，采用間接邊界元法在LMS Virtual Lab Acoustic中對發(fā)動機(jī)整機(jī)外特性下的輻射噪聲進(jìn)行了預(yù)測，分析研究了各轉(zhuǎn)速下發(fā)動機(jī)輻射噪聲聲功率、聲場及場點(diǎn)的聲壓分布等輻射噪聲特性，并通過試驗(yàn)對各場點(diǎn)聲壓級進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明各場點(diǎn)聲壓級試驗(yàn)值和模擬值整體趨勢相符。
　?。?）通過試驗(yàn)方法對該發(fā)動機(jī)的噪聲源識別、進(jìn)氣噪聲、燃燒噪聲、變速箱噪聲、冷啟動噪聲和停機(jī)過程噪聲進(jìn)行了研究，獲得了不同轉(zhuǎn)速、不

6、同負(fù)荷下發(fā)動機(jī)的主要輻射噪聲源和進(jìn)氣噪聲、燃燒噪聲、變速箱噪聲、冷啟動和停機(jī)過程噪聲的特性。
　?。?）詳細(xì)介紹和分析了聲學(xué)有限元法、邊界元法和快速多級邊界元法的優(yōu)缺點(diǎn)，并以表面振動速度法為基礎(chǔ)，基于Matlab程序軟件平臺開發(fā)了準(zhǔn)確高效的發(fā)動機(jī)輻射噪聲計(jì)算程序。利用傳統(tǒng)邊界元法、快速多級邊界元法和所開發(fā)Matlab程序軟件對普通平板、發(fā)動機(jī)缸蓋罩和發(fā)動機(jī)整機(jī)進(jìn)行了輻射噪聲聲功率的計(jì)算，對比結(jié)果顯示Matlab程序軟件計(jì)算結(jié)果與邊

7、界元法和快速多級邊界元法相比，在低頻段有一定的差距，而隨著頻率的增加，差距越來越小，三種方法計(jì)算得到的峰值聲功率所對應(yīng)的頻率點(diǎn)相同。通過對普通平板、發(fā)動機(jī)缸蓋罩和發(fā)動機(jī)整機(jī)輻射噪聲聲功率計(jì)算效率的對比和分析，Matlab程序軟件的計(jì)算效率在各種網(wǎng)格規(guī)模的情況下都比傳統(tǒng)邊界元和快速多級邊界元高，而且隨著網(wǎng)格規(guī)模的提高，效率提高越明顯。而快速多級邊界元只有在網(wǎng)格規(guī)模達(dá)到一定的程度時(shí)，其計(jì)算效率和傳統(tǒng)邊界元對比才具備一定的優(yōu)勢。
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8、6）基于所開發(fā)的Matlab程序軟件，并結(jié)合Minitab中的DOE分析和優(yōu)化，提出了發(fā)動機(jī)輻射噪聲優(yōu)化新方法和流程。本文中以所研究的發(fā)動機(jī)機(jī)體為例，根據(jù)所提出的發(fā)動機(jī)輻射噪聲優(yōu)化方法和流程，利用Minitab DOE對影響機(jī)體輻射噪聲的7個(gè)因素（機(jī)體側(cè)壁厚度、裙部厚度、下部與油底殼結(jié)合處的厚度、前后端主軸承蓋上部隔板、側(cè)壁加強(qiáng)筋厚度、裙部加強(qiáng)筋厚度和后端加強(qiáng)筋厚度）進(jìn)行了不同方案的分析，找出了各因素對機(jī)體輻射噪聲聲功率和質(zhì)量的影響情況