基于VA ONE某車型地板阻尼材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

江波，歐陽俊珩，劉莉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于VA ONE某車型地板阻尼材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

江波，歐陽俊珩，劉莉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著汽車的不斷普及，人們對(duì)于汽車性能的要求越加的精細(xì)化。汽車NVH性能已逐漸成為衡量一輛汽車品質(zhì)好壞的硬性指標(biāo)，也越發(fā)的被各大主機(jī)廠重視。文章通過利用VA ONE軟件，對(duì)某車型地板數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，確定地板振動(dòng)的速度和前后排乘客右耳噪聲的大小。根據(jù)分析結(jié)果提出優(yōu)化方案，合理布置車身地板阻尼材料。并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析，對(duì)比振動(dòng)和噪聲的性能變化，確定了優(yōu)化方案的有效性。

振動(dòng)；噪聲；阻尼；仿真分析；NVH；VA ONE

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-80-03

前言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步以及汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于汽車性能的要求變得越來越精細(xì)化，已不僅僅局限于其動(dòng)力、外觀和安全性能等基礎(chǔ)性能，汽車在使用過程中的舒適性能也越來越多的被車主們所考慮。乘車的舒適性，從另一個(gè)層面上來講就是汽車的NVH（Noise、Vibration、 Harshness）性能。振動(dòng)、噪聲作為汽車NVH性能的重要組成部分，在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，也越來越被關(guān)注。

車身減振降噪的技術(shù)一般可通過以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。第一，改善車身密封性能，避免外界噪聲直接傳遞到乘員艙內(nèi)；第二，設(shè)計(jì)合理的車身結(jié)構(gòu)，使整個(gè)白車身的結(jié)構(gòu)模態(tài)的固有頻率避開外界產(chǎn)生的激勵(lì)頻率，削弱車身共振；第三，合理布置隔音、吸音、阻尼材料。而如何合理的布置隔音、吸音和阻尼材料對(duì)國內(nèi)各大主機(jī)廠來說經(jīng)驗(yàn)論往往占據(jù)了主流，仿真分析的過程依然十分欠缺。為此，本文通過利用VA ONE軟件，對(duì)某車型地板阻尼材料的布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低車身地板振動(dòng)和噪聲，確定驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的有效性。

1、VA ONE分析流程

VA ONE軟件是于2005年，法國ESI公司推出的全頻段振動(dòng)噪聲分析軟件，其利用有限元分析（FEM），邊界分析（BEM），統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA)和混合分析（hybrid）并結(jié)合于統(tǒng)一的模擬環(huán)境。VA ONE分析軟件應(yīng)用過程一般分為以下幾個(gè)步驟：

（1）通過輸入CAD或者是有限元軟件中已經(jīng)建好的模型文件信息來建立FE或SEA子系統(tǒng)模型。在VA One中直接選取若干點(diǎn)來定義系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，創(chuàng)建和連接噪聲振動(dòng)模型。

（2）創(chuàng)建和應(yīng)用材料屬性及參數(shù)。首先創(chuàng)建各種材料及各材料的物理屬性，再將其應(yīng)用于相應(yīng)的子系統(tǒng)中。除此之外，還需確定其他的一些重要參數(shù)，如內(nèi)損耗因子，耦合損耗因子等，這些參數(shù)的值允許手動(dòng)設(shè)置，也可以直接通過外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

（3）創(chuàng)建各子系統(tǒng)后，需要將聲學(xué)子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)連接起來，使之成為耦合的完整的結(jié)構(gòu)聲振系統(tǒng)。

（4）定義聲振激勵(lì)，并將其加載到系統(tǒng)中指定部位，到此系統(tǒng)級(jí)聲振仿真模型將完整建立起來。

（5）計(jì)算模型后，可以根據(jù)需要求解得到各種結(jié)果，這些結(jié)果都是通過頻率函數(shù)或以圖表形式顯示，結(jié)果包括聲壓級(jí)、振速、吸聲系數(shù)、模態(tài)密度、能量密度輸入等。

2、仿真分析

2.1 模型設(shè)定

圖1 模型建立約束

圖2 懸置點(diǎn)施加單位激勵(lì)

利用VA ONE軟件建立地板模型圖，并輸入車身地板各個(gè)鈑金件的材料和厚度信息，同時(shí)設(shè)定各個(gè)鈑金件之間的焊接方式。在模型四周進(jìn)行約束，模擬地板固定在車身上的狀態(tài)。對(duì)地板施加單位激勵(lì)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)及輪胎產(chǎn)生的激勵(lì)。模型設(shè)定方法如圖1和圖2所示。

2.2 分析結(jié)果

2.2.1 振動(dòng)分析結(jié)果

振動(dòng)分析的結(jié)果如圖3所示，紅色區(qū)域代表鈑金振動(dòng)速度較高的區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域代表振動(dòng)較低區(qū)域。根據(jù)仿真分析的結(jié)果可以看出，該車型地板總成中前圍板、前地板、備胎槽以及輪包處的紅色區(qū)域較少，表示振動(dòng)速度較高區(qū)域較少。而中地板和后地板處的紅色區(qū)域較多，表示振動(dòng)速度較高區(qū)域較多。因此，在方案優(yōu)化時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮變紅區(qū)域，即振動(dòng)速度較高區(qū)域。

圖3 地板振動(dòng)速度分析圖

2.2.2 噪聲分析結(jié)果

噪聲分析的結(jié)果如圖4所示，在無阻尼狀態(tài)下，頻率范圍在30~250Hz的區(qū)域內(nèi)，前排駕駛員右耳位置的聲壓值最大值為58.6dBA，后排乘客右耳位置的聲壓值最大值為58.2dBA。

圖4 噪聲分析結(jié)果

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

從以上分析結(jié)果可以看出，該車型車身地板無阻尼材料布置時(shí)，振動(dòng)較為明顯。優(yōu)化方案可根據(jù)鈑金振動(dòng)的具體位置，合理布置阻尼材料，減小車身地板振動(dòng)速度，降低噪聲的傳遞。布置方式如圖5所示，紅色區(qū)域振動(dòng)速度較高，需布置阻尼材料，藍(lán)色區(qū)域振動(dòng)速度較低，不需布置阻尼材料。

圖5 阻尼材料布置位置

3.2 方案對(duì)比

通過VA ONE軟件再次分析車身地板增加阻尼材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，步驟與第一次分析相同。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有阻尼產(chǎn)品信息，設(shè)定該阻尼材料的阻尼因子、彈性模量、泊松比等因素。通過分析，得出地板振動(dòng)速度分布以及噪聲情況，并與原始狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。

3.2.1 振動(dòng)對(duì)比

地板增加阻尼材料的優(yōu)化方案分析結(jié)果如圖6所示。與原始狀態(tài)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，地板紅色區(qū)域顯著減少，基本已經(jīng)全部變?yōu)樗{(lán)色。這表明，地板通過增加阻尼材料后，其鈑金件的振動(dòng)速度明顯降低，已達(dá)到減振的目標(biāo)。

圖6 地板振動(dòng)速度對(duì)比分析圖

3.2.2 噪聲對(duì)比

增加優(yōu)化方案的噪聲情況如圖7所示。在頻率范圍在30-250Hz的分析范圍內(nèi)，前排駕駛員右耳位置的聲壓值最大值為48.5dBA，后排乘客右耳位置的聲壓值最大值為49.8dBA。與原狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，布置阻尼材料后，前后排乘客右耳位置的聲壓值降低了10dBA左右。可見，優(yōu)化方案對(duì)于降噪也起到了顯著地成效。

圖7 噪聲分析結(jié)果對(duì)比

4、結(jié)語

通過以上分析過程可以看出，在車身地板布置阻尼材料可以有效的減少車身鈑金振動(dòng)，降低車內(nèi)噪聲。同時(shí)對(duì)整車NVH性能的提升有著十分積極的作用。

在汽車設(shè)計(jì)之初，利用VA ONE軟件進(jìn)行車身仿真分析，能快速的找出車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，并相對(duì)應(yīng)的采取合適的優(yōu)化方案。這樣的正向設(shè)計(jì)開發(fā)理念，對(duì)車輛性能的提升，整車開發(fā)周期的縮短以及設(shè)計(jì)成本的節(jié)約都有著重要的意義。隨著中國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展與成熟，仿真分析的過程將會(huì)在今后汽車設(shè)計(jì)的扮演著越來越重要的角色。

[1] 邢世凱,等. 轎車車內(nèi)減振降噪控制方法的研究[J].噪聲與振動(dòng)控制,2003(4):26.

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[3] 王震坡,何洪文.統(tǒng)計(jì)能量方法用于汽車振動(dòng)噪聲的分析研究[J].汽車科技,2001(6).

Optimization Design of Floor Damping Material for a Certain Type of Vehicle Based on VA ONE

Jiang Bo, Ouyang Junheng, Liu Li
（Anhui Jianghuai Automotive Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

With the popularity of the car,The fine performance for automotive are required by people. Automotive NVH performance has gradually becoming a measure of the quality of a car,which is a rigid indicator of good or bad,it also takes more and more attention by the major auto plants.In this paper,by using VA ONE software to simulate the floor data of a certain type of vehicle, Through this method, the floor vibration speed and the size of the front and rear passengers eat noise are confirmed.According to the analysis results,the optimization scheme of the damping material of the vehicle body floor is presented.Also,the optimization scheme is simulated and verified.Comparative vibration and noise performance changes to determine the effectiveness of the optimization scheme.

Vibration; Noise; Damp; Simulation Analysis; NVH; VA ONE

U467.3

A

1671-7988(2016)07-80-03

江波，車體設(shè)計(jì)工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心車身設(shè)計(jì)研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.025