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)進行模態(tài)分析，并對比計算結(jié)果，得到它們之間的相互關(guān)系，有利于整車振動和噪聲特性的研究.關(guān)鍵詞：汽車車身；振動；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)代汽車的振動噪聲特性是衡量汽車質(zhì)量的重要標志.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、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)噪聲制定嚴格的控制標準，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)流體的動力學特性，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)物振動時所輻射的聲功率，以及離板狀結(jié)構(gòu)一定距離、一定角度某點的聲壓預測理論及預測公式.［1］20世紀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)噪聲特性預測和虛擬設計方面做了大量的研究工作［3-4］，系統(tǒng)研究汽車車內(nèi)室的聲學模態(tài)有限元建模問題.90年代以來，隨著計算機技術(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.在聲學分析方面出現(xiàn)Nastran和ANSYS等軟件.此外，比利時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，吉林大學利用ANSYS軟件分析載重汽車駕駛室在路面激勵和發(fā)動機激勵下產(chǎn)生的噪聲，同濟大學靳曉雄等對車身結(jié)構(gòu)和車內(nèi)空腔聲振特性建模及預測分析方法進行丫系統(tǒng)研究，白勝永［7］等利用整車流固耦合模型對車內(nèi)噪聲進行預測分析和優(yōu)化

7、設計，劉懿［8］等介紹發(fā)動機振動激發(fā)的車內(nèi)噪聲預測方法.對汽車進行噪聲特性研究，首先必須對汽車車身和車內(nèi)流體進行模態(tài)分析，它是一切動力學特性研究的基礎(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)進行模態(tài)分析，對計算結(jié)果進行分析對比，為整車振動噪聲特性研宄提供理論依據(jù).1流體一結(jié)構(gòu)耦合的動力學方程聲壓是指媒質(zhì)受到聲擾動后壓強的改變量.以聲壓P為變量的聲波方程為求解該方程可以計算有吸聲材料時的有限單元節(jié)點位移和聲壓.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)空腔的三維實體模型.由于車身外形一般是空間曲面，