基于CDH/EXEL的多孔吸聲材料在內飾車身噪聲傳遞函數分析中的應用

周健++劉亞彬

摘要： 在汽車內飾車身噪聲頻響分析中，通過有限元實體單元和RBE3單元建立多孔吸聲材料模型，通過MSC Nastran和結合CDH/EXEL的MSC Nastran計算采用多孔吸聲材料的內飾車身的噪聲進行計算，并比較二者的計算結果.結果表明：CDH/EXEL能使有效提高分析曲線與試驗曲線的對標結果的準確性，從而更好地指導車身結構設計.

關鍵詞： 汽車； 內飾車身； 多孔吸聲材料； 噪聲傳遞函數

中圖分類號： U467.493 文獻標志碼： B

0 引 言

隨著汽車行業的日益發展，中國汽車市場對汽車需求仍然保持良好勢頭，這使得各汽車制造商之間的競爭日益激烈.消費者在選擇多樣化的同時，對汽車的要求也越來越高.因此，各汽車制造商需要在汽車開發階段就提出更高的要求，才能在市場中占據優勢.隨著消費者對車內噪聲要求日益提升，降低車內噪聲對提升市場競爭力有很大幫助.

目前，采用聲學材料降低車內噪聲是常見的降噪措施.聲學材料按照性能和作用機理可分為吸聲材料、隔聲材料、隔振材料和阻尼材料等.其中，吸聲材料中的多孔吸聲材料在中高頻階段具有很好的降噪效果.在trimmed-body及整車CAE噪聲分析中考慮吸聲材料對車內噪聲的影響，可有效地避免設計階段對車身結構的過度優化，從而達到節省成本的目的.

由于CAE在中高頻分析中的局限性，通過MSC Nastran分析得到的內飾車身NTF分析100 Hz以上的結果曲線與試驗數據對標結果差別較大.通過使用CDH公司開發的EXEL分析程序介入MSC Nastran的求解過程，對吸聲材料模型進行專門的求解計算，能夠使MSC Nastran輸出的分析結果曲線與試驗結果曲線對標更準確，從而使CAE分析結果能更好指導汽車結構設計.

1 多孔吸聲材料簡介

吸聲材料主要包括多孔吸聲材料、共振吸聲材料和特殊結構吸聲材料.多孔吸聲材料內部一般具有大量的間隙和小孔，對聲能有非常好的吸收作用，尤其對車內中高頻噪聲效果更好.

多孔吸聲材料根據其形態可分泡沫吸聲材料、纖維吸聲材料和顆粒吸聲材料，分別見圖1～3.

2 吸聲材料有限元模型建立和分析

通過MSC Nastran的HEXA，PENTA和TETRA等實體單元模擬吸聲材料，并通過RBE3單元與車身結構連接.有限元模型見圖4.

建立吸聲材料模型后，需對模型設置相應的材料屬性，其中：實體單元屬性主要包括彈性模量、泊松比和密度；流體屬性主要包括密度、環境溫度、比熱比、動態黏度和普朗特數.

將吸聲材料有限元模型加入到車身結構中后，通過MSC Nastran對其進行有限元分析計算，主要過程為：（1）生成結構和流體矩陣；（2）轉化結構和流體矩陣至模態坐標系中；（3）針對激勵頻率和響應進行求解計算；（4）輸出計算結果.計算流程見圖5.

CDH/EXEL軟件在MSC Nastran進行第三步求解計算過程中插入MSC Nastran求解器，對吸聲材料進行求解計算，見圖6.

計算分別得到MSC Nastran分析結果和MSC Nastran結合EXEL的分析結果.將2種分析結

果曲線與試驗曲線對比，見圖7.

在低頻階段，MSC Nastran計算曲線與試驗曲線對標結果較好，但在150 Hz頻率之后，對標結果逐漸變差，而結合EXEL的計算結果在中頻階段也能與試驗曲線保持較好的對標結果.

3 結 論

通過MSC Nastran對吸聲材料進行有限元建模，分別使用MSC Nastran原有的求解器和MSC Nastran結合CDH/EXEL軟件2種方法，分別對加入吸聲材料的TB模型進行NTF有限元分析.通過2種分析結果與試驗結果的對比可知：使用CDH/EXEL軟件能夠有效提高TB-NTF分析在中頻以上的準確率，從而更好的指導整車結構設計.

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