車身結(jié)構(gòu)與車內(nèi)空腔流固耦合系統(tǒng)的模態(tài)分析

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1、車身結(jié)構(gòu)與車內(nèi)空腔流固耦合系統(tǒng)的模態(tài)分析為研究汽車的振動(dòng)噪聲特性，利用ANSYS軟件采用板殼、梁和流體單元建立某車身結(jié)構(gòu)及車內(nèi)空腔的有限元模型，其中，將車身結(jié)構(gòu)作為彈性體，乘員室內(nèi)的空氣作為流體.通過對車身結(jié)構(gòu)、車內(nèi)空腔流體及車身與車內(nèi)空腔流體的耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，并對比計(jì)算結(jié)果，得到它們之間的相互關(guān)系，有利于整車振動(dòng)和噪聲特性的研究.關(guān)鍵詞：汽車車身；振動(dòng)；噪聲；模態(tài)分析；流同耦合系統(tǒng)；有限元;ANSYSU467.4；032；035；TB115AModalanalysisonfluid-structurecouplingsyst

2、emofautomotivebodystructureandcavityCHENJianghong(CollegeofAutomotiveEng.，TongjiUniv.,Shanghai201804,China)Abstract：Tostudythevibrationandnoisecharacteristicsofautomobile,thefiniteelementmodelofanautomotivebodystructureandcavityisestablishedwithshell,beamandfluidelemen

3、tbyusingANSYS.Inthemodel,thebodystructureistakenaselasticbodyandtheairinpassengercompartmentistakenasfluid.Themodalanalysisisdoneforautomotivebody,fluidofcavityandtheircouplingstructure.Theresultsofthreecasesarecomparedandtheirrelationshipisobtained,whichbenefitstheaut

4、omobilevibrationandnoiseresearch.Keywords：automotivebody:vibration:noise:modalanalysis;fluid-structurecouplingsystem;finiteelement:ANSYS0引言現(xiàn)代汽車的振動(dòng)噪聲特性是衡量汽車質(zhì)量的重要標(biāo)志.汽車噪聲不僅造成周圍環(huán)境的污染，影響人們的生活和工作，而且車內(nèi)噪聲與振動(dòng)、溫度、濕度等諸多環(huán)境因素有關(guān)，是降低車輛舒適性的主要因素之一，因而世界各國都對車內(nèi)噪聲制定嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，并將車內(nèi)噪聲的控制作為秉要的研究

5、方向.研究車內(nèi)噪聲特性，不僅要考慮整車結(jié)構(gòu)，還需考慮車內(nèi)流體的動(dòng)力學(xué)特性，屬于流固耦合問題.關(guān)于該問題的研究，國外早在20世紀(jì)70年代初就己開始.最早是從理論上探討板狀結(jié)構(gòu)物振動(dòng)時(shí)所輻射的聲功率，以及離板狀結(jié)構(gòu)一定距離、一定角度某點(diǎn)的聲壓預(yù)測理論及預(yù)測公式.［1］20世紀(jì)70年代初期，CRAGGS［2］等研究如何利用有限元法分析不規(guī)則空間聲場和聲學(xué)模態(tài)的二維、三維模型和方法.到了80年代，在轎車的車內(nèi)噪聲特性預(yù)測和虛擬設(shè)計(jì)方面做了大量的研究工作［3-4］，系統(tǒng)研究汽車車內(nèi)室的聲學(xué)模態(tài)有限元建模問題.90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速

6、發(fā)展，各種在工作站上使用的軟件系統(tǒng)被紛紛推出市場.在聲學(xué)分析方面出現(xiàn)Nastran和ANSYS等軟件.此外，比利時(shí)LMS公司開發(fā)的SYSN0ISE軟件［5,6］也是目前市場上最好的噪聲分析軟件之一.該軟件結(jié)合存限元和邊界元，不僅能分析車內(nèi)噪聲，也能分析車外噪聲.目前國內(nèi)有關(guān)車內(nèi)噪聲問題的研究也越來越受到各方面的重視，吉林大學(xué)利用ANSYS軟件分析載重汽車駕駛室在路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)下產(chǎn)生的噪聲，同濟(jì)大學(xué)靳曉雄等對車身結(jié)構(gòu)和車內(nèi)空腔聲振特性建模及預(yù)測分析方法進(jìn)行丫系統(tǒng)研究，白勝永［7］等利用整車流固耦合模型對車內(nèi)噪聲進(jìn)行預(yù)測分析和優(yōu)化

7、設(shè)計(jì)，劉懿［8］等介紹發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激發(fā)的車內(nèi)噪聲預(yù)測方法.對汽車進(jìn)行噪聲特性研究，首先必須對汽車車身和車內(nèi)流體進(jìn)行模態(tài)分析，它是一切動(dòng)力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)，為此本文利用有限元法建立用于車內(nèi)噪聲研究的車身和車內(nèi)流體的流固耦合系統(tǒng)模型，并對車身結(jié)構(gòu)、車內(nèi)空腔流體及車身和車內(nèi)空腔流體的耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析對比，為整車振動(dòng)噪聲特性研宄提供理論依據(jù).1流體一結(jié)構(gòu)耦合的動(dòng)力學(xué)方程聲壓是指媒質(zhì)受到聲擾動(dòng)后壓強(qiáng)的改變量.以聲壓P為變量的聲波方程為求解該方程可以計(jì)算有吸聲材料時(shí)的有限單元節(jié)點(diǎn)位移和聲壓.如果不考慮吸聲材料，則流體阻尼矩

8、陣為零矩陣；如果不考慮結(jié)構(gòu)阻尼，則結(jié)構(gòu)阻尼矩陣為零矩陣.式(5)為吸聲材料和結(jié)構(gòu)阻尼皆不考慮時(shí)的情況.2流體一結(jié)構(gòu)耦合有限元模型建立現(xiàn)利用ANSYS有限元分析軟件建立某車型車身結(jié)構(gòu)及車內(nèi)空腔的三維實(shí)體模型.由于車身外形一般是空間曲面，