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汽车车门密封条隔声性能仿真分析方法介绍
汽车车门密封条隔声性能仿真分析方法介绍
时间:2016-01-22 23:07  来源:未知 浏览次数:

  第33卷第S2期声学技术Vol。33,No。S2 ┊2014卅年卅12卅月Technical卅AcousticsDec,卅汽车车门密封条隔声性能仿真分析方法介绍 ┊李奇、白长安、王勇2 ┊(1,上海海基盛元信息科技有限公司,上海,200235;卅2,华东理工大学,上海Introduction卅of卅sound卅insulation卅performance卅simulation卅of ┊vehicle卅door卅seals ┊LI卅Qil1,BAI卅Chang- .WANG卅Yong2 ┊(1,Shanghai卅Hikeysheenray卅Information卅Technology卅CO,卅Shanghait200235;2,East卅China卅University卅of卅Science卅and卅Technology,卅Shanghai0 弓[言理论计算非常困难。M。卅Koike卅M于1990年提出 ┊了将结构简化为一个双层板以及两个单层板的结 ┊舒适性是现代汽车质量的主要指标之一,车 构组合。双层板的间距由密封条的空腔大小决定。 ┊内噪声不仅影响乘坐舒适性和语言清晰度,而且 运用质量定理预测密封条的隔声性能。 ┊还是衡量整车动态性能的一项重要指标。车内噪. ┊声(包括结构声和空气声)的降低需要综合采取 一 22 〈么卅-iT卅f 卅f“4卅* ┊多种措施,包括噪声源的降低、传声路径控制等。 三((t=)三  ┊车门密封条的使用是提高车体隔声性能的重三》  ┊要措施之一,可有效抑制空气声进入车内。通常e卅`孑c ┊密封条的降噪效果为2?10dB(A)[1]。目前,包括“ ┊日本、韩国、美欧等各个国家的汽车公司均十分图1密封条简傾型 ┊重视车门密封条隔声性能,并已开展汽车车门密KgjSinplifiedsealmodel ┊封条隔声性能的研究,包括静态试验P][3]t4]和风洞在此模型基础上,李奇[9]分别推导研究了双层 ┊或实车动态试验[5][6]。在一些公开发表的文章中, 薄壁结构、考虑到密封条侧边的声传递、声波在 ┊也可以看到有研究者在密封条隔声性能计算上开 密封条内部传播、考虑入射角因素等理论模型  ┊展工作[7][8]。
  
  结合声学边界元分析方法,李奇提出了密封条隔 ┊由于有关密封条的试验和计算的介绍资料很 声预测的新模型。将感兴趣的频率区域进行分段 ┊少,且国内也较少见到此方面工作的公开介绍,处理,在双层薄板共振频率以下的频率范围使用 ┊本文目的在于介绍国内外在密封条隔声性能计算 质量定理以及自由边界条件,其余部分应用有限 ┊研究方面的进展,在当前仿真技术快速发展的基 尺寸的间接边界元声学模型。 ┊础上,利用结构有限元软件MSC。Marc与计算声由于低频段分析结果与试验结果存在差异, ┊学软件Actran进行汽车密封件隔声性能仿真分卅李奇[1()]同时引入圆管状结构隔声模型与扭曲圆管 ┊析,树立仿真分析流程,为在原型车阶段对密封卅状结构隔声模型进行分析对比,证明低频差异与 ┊件隔声性能的优化设计提供方法指导。
  
  几何扭曲效应相关。至此形成一套完整的涵盖低、 ┊中、高频段的密封条隔声理论模型。 ┊1计算研究进展介绍L2仿真研究方法 ┊1 1最近十年来,计算机的飞速发展使有限元方 ┊`卅`法在分析复杂的密封条隔声方面成为可能。数值 ┊由于密封条截面结构复杂,对其实际外形的 仿真技术是目前工业方面最流行的方法,也是在 ┊收稿日期:20藤讪修回日期:祖腿翻A雑観 教□合 手段。其优 ┊作者简介:李奇,男,溥士,拄术总监,研究方向:噪声与振动控制。卅点是适合复杂形状,但也面临一些困难: ┊(1)卅FEA支持密封条结构模拟,例如接触分析、声学技术2014年 ┊振动分析等,但由于不提供特殊声载荷条件,无 过程中密封条与车门/车身发生的接触变形,并将 ┊法进行隔声分析。因此国内外较多的是研究密封 变形后的几何输出给Actran。Acton利用密封条 ┊条关闭力的文献压缩变形后的几何模型建立声学模型创建及隔声 ┊(2)声学软件的间接边界元法只能模拟均勻厚度 分析。 ┊薄壳结构'而密封条通常都是非等厚的结构形式;厂一……一…… ┊(3)使用FEA研究结构振动,再由直接边界元法!卅m ┊或声学有限元法研究声响应。该方法可以模拟复 ┊杂结构的振动声学问题。但FEA软件分析结构的?卅-P£ ir-.r--r ┊振动响应'这又返回到问题(1)卅;a細}卅1 }[碑g}k[贿腿]; ┊(4)使用FEA提供结构模态文件,再由声学有限11J ┊元软件基于模态法求解声学响应。由于密封条使 [氏滅 ┊用橡胶材料,材料具有非线性以及高阻尼特点, ┊模态法很难应用于这种材料形式。
  
  图3分析流程 ┊近几年,Actran软件作为具有结构有限元与Fig。3卅Analysis卅Procedure ┊声学有限元两种技术的计算声学软件,在国内外下文将分别介绍接触分析与隔声分析内容。 ┊□麟細声性能減 2.3奸MSCMarc的接触分析 ┊分析提供了一种可能性。 ┊2.卅3.1有限元模型 ┊2密封条隔声性能仿真在接触分Iff巾,考虑贿封細几何非线tt、 ┊橡胶材料的非线性和压缩过程边界非线性,因此 ┊2.1模型介绍使用非线性有限元软件Marc进行模拟。 ┊本文在文細中謹型基础上进棚声性能御所22 ┊仿真分析探索。图2为密封条安装系统,包含头士二土2 ┊谁淑奸欠翩丨、一描?淑: 欠,亡伽丨、封条的下部分和门框密封条为EPDM密头橡胶, ┊道麟条(左侧)、一道赚(?)。
  
  其材  顧籠材料猶細述。 ┊超弹性材料是指材料在外力作用下产生,远 ┊f卅“超过弹性极限应变量的应变,而且卸载时应变可 ┊恢复到原来状态的材料。如橡胶、海绵和泡沫等 ┊『厂:材料。 ┊11卅i卅(卅MEPDM海绵橡胶和密实橡胶的本构方程,需 ┊L卅;;、;:?'!((卅*家 要大量的试验得到数据进行拟合。EPDM海绵梭 ┊,胶可压缩性由Ogden模型来表示;EPDM密实橡 ┊s卅:―“胶不可压缩性由应变能密度函数来表示: ┊、;:)
  
  W=Cioai-3)+Cioa、—一lly式中C1(>为材料常数密实橡胶的材料 ┊常数,来用大量的单轴拉伸和平面剪切试验数据 ┊图2密封条CAD模型确定。 ┊Fig。2卅Seal卅CAD卅model2.卅3.卅2边界条件与载荷 ┊2卅2仿真浐程在接触分析模型中'设置位移约束条彳牛。S ┊`如『士八并山吊?并办—、沐 中头道密封条底边以及二道密封条底边均设置为 ┊密封条隔声分析之前,首先需要获取车门关 ┊根据密封条系统的安装动作,设置头道密封 ┊絲装件m方艇纖荷条件。 ┊的接触分析过程。图3显不利用MSC。Marc与 ┊Actran两款软件的分析流程。MSC。Marc的作用在 ┊于建立车门密封条安装系统仿真模型,模拟安装 ┊第S2期李奇等:汽车车门密封条隔声性能仿真分析方法介绍所有绿色网格 ┊对n輕封条jk部矿癖场N!t@, ┊固定约束边界 ┊舰働 3賺 . ┊图4边界条件 ┊`一 ┊Fig。4卅Boundary卅conditions无限元边界 ┊结果分析图6声学模型 ┊图5为完成接触分析后,密封条的变形以及Fig。6卅Acoustic卅model ┊应力分布。头道密封条产生的挤压形变较大,其 2卅42 ┊中顶部与安装件接触区域应力值较大。头道密封+、,卅卅 卅/--fa-4fefrt  fc/a-avi7卅Jt卅/卅irr在头道密封条外侧施加单位扩散声场载荷, ┊条顶部受到挤压后发生滑动,与女装件呈双点(区 A卅 - ur- -l +ST 、 ┊#、一、苦命士; 技nrh卅u+h-4  Actran中可以直接提取入射声功率。 ┊域)接触形式。一道密封条腔体受挤压向上拱起。
  
  亩田mm ┊&卅?
  
  将包裹的空气域外边界定乂为无限兀。无限 ┊ in9卅f,?M> ┊。
  
  元的作用是(1)可以提供无反射边界条件1—可以利用无限元提取辐射声功率。 ┊:Z;卅m卅X将头道密封条、二道密封条与安装件的接触 ┊—I卅X JL卅位置均设为位移约束。 ┊—Z00卅结果分析 ┊—-分析完成后,可以棚Actran提取的入射声 ┊—卅  Wk卅功率与辐射声功率计算密封条系统的隔声量。如 ┊V卅图1所示。根据隔声曲线可以提取对应特征频率 ┊—的声场分析云图以及密封条振动位移云图做进一 ┊,,步的研究。 ┊图5柯西应力云图 ┊卅AI ┊Fig。5卅Cauchy卅stress卅map卅  /卅1 ┊ff卅!/卅 卅/卅U卅J卅  ┊2.4基于Actran的隔声分析, ┊卅声学模型命—*?i卅` ┊tesauewieS  ┊建立Actran隔声分析模型'如图6所示。密;一 一-L ┊封条腔体以及安装件空隙有限元网格都定义为空(::卅,v%i ┊气。在二道密封条外部,建立-?段空气域包裹,::卞 ┊声波从二道密封条传出后,可以向外辐射。 ┊由于声载荷与接触分析密封条所承受的载荷卅□:□::;卅WHi ┊相比非常小,因此将密封条材料使用各向同性材 ┊料定义。本文为了演示分析流程,因此材料参数 ┊的定义选择固定的杨氏模量、泊松比、阻尼以及Fig/7卅Acoustic卅result ┊密度值。
  
  从上图可以看到在2300HZ出现隔声低谷,提 ┊取Actran分析得到的密封条振动位移云图,如图 ┊8所示。结合图7、图8,可以看出在2300Hz频率声学技术2014年 ┊处,头道密封条发生较为明显的振动,声波几乎本文介绍的方法可在车门及密封件的设计阶 ┊无损的透过头道密封条,这一点在头道封条与二卅段对隔声性能进行预测,进而实现直接、有效的 ┊道封条空隙处的声压级响应云图可以看出。
  
  低噪声优化设计,缩短密封件乃至车型部件的设 ┊计周期,保证密封件的优良性能,提高产品竞争 ┊力,具有重要的理论和实际工程意义。同时一些 ┊□卅4卅006 009丨卅  几何尺寸小、使用特殊材料的隔声构件,也可以 ┊31-009丨“卅M使用该分析方法。 ┊…f卅2 86e-DC?卅□輕£后续本文作者将基于该方法进行一?系列的试 ┊ZWe-OO?卅- 卅f  验对比研究,通过试验校核树立仿真分析规范, ┊1为该方法在工业界的大规模应用奠定基础。 ┊□卅1.14e-009 ┊5.71e-010参考"文献 ┊?卅000卅[1] Won卅Wook卅Jung卅and卅Shin卅Jong卅Oh,卅The卅Influence卅of卅Vehicle ┊v卅,Elements卅to卅Aspiration卅Wind卅Noise,卅SAE卅950624:卅[2] C卅Peng卅BSc卅&卅D卅Morrey卅Ma,卅An卅investigation卅into卅the卅effect卅of卅door ┊图卅8卅位移结果seals卅on卅noise卅generated卅in卅the卅passenger卅compartment,卅ImechE ┊广t1998卅C521/1020:335-344. ┊Fig。8卅Displacement卅result ┊[3] L。Mongeau,卅Danforth卅Robert,卅etc,卅Laboratory卅method卅for卅evaluating ┊the卅sound卅transmission卅characteristics卅of卅primary卅bulb卅body卅seals, ┊3SAE卅Special卅Publications,卅n卅1147,卅Advances卅in卅Component卅Designs ┊for卅Noise卅and卅Vibration卅Control,卅[4] Saha。Pranab卅and卅Myers。RobertD,Importance卅of卅Sealants卅for卅Interior ┊车门密封条是提局车体隔声性能的措施之卅Noise卅Control卅of卅Automobiles,卅SAE卅920412:卅一*。国外对车门密封条隔声试验、计算研究开展卅[5]卅Kanni卅Haddad,卅Vincent卅Benoit,卅Localization卅of卅aeroacoustic卅sources ┊较早。国内目前已有一些整车、零配件企业关注aU卅310118卅a卅vehicle卅by卅means卅of卅 卅acoustical卅imaging卅system ┊、、ANT64卅in卅the卅semi-anechoic卅wind-tunnel卅Pininfarina,卅Acta卅Acustica ┊M(Stuttgart),卅v卅89,n卅SUPP,卅May/June从密封条隔声性能的计算方法研究来看,由 [6]卅Karim卅Haddad卅&卅Vincent卅Benoit,卅Use卅of卅an卅acoustical卅imaging ┊于密封条尺寸较小,且结构形式复杂,使用简化system卅for卅the卅study卅of卅the卅acoustic卅transmission卅of卅sealing卅system ┊的理论计算模型很难准确预测密封条不同设计方&卅a卅mavine卅car'卅of卅the卅2002卅Internationa!卅Conference ┊案的隔声性能。当前仿真技术的发展,为密封条m ┊隔声性能预测提供可能性。考虑到密封条的几何ISATA-Proc。90069,卅1990,22nd卅Znt。Symp。on卅Automotive卅Techil ┊非线性、橡胶材料的非线性和压缩过程边界非线and卅Automation,(Fl。renz),Proc。Ud。2:卅性,以及声载荷幅值较小的特点。本文提出利用 [8]卅J卅Park`卅L。GMongeau,卅"Sound卅transmission卅through卅elastomeric卅bulb ┊.
  
  卅*卅ri卅L jLf卅r。卅r卅-it。
  
  卅!"?"、分seals",卅Journal卅of卅Sound卅and卅Vibration,卅MSC。Marc与Actran联口分析的解决方案,即通 [9]李奇,``车门密封条隔声性能测量方法的研究,同济大学博士论 ┊过MSC。Marc模拟车门密封条的压缩过程,获得文变形的几何模型后,再使用卅Actran卅建立包含胶体、 [10]卅Qi卅Li,“Prediction卅of卅Sound卅Transmission卅Loss卅of卅Vehicle卅Seals”, ┊空腔的声振稱合模型,进行隔声性能模拟。
  
  Inte iseMl ┊[11]万德安,钟献春,刘春节。Passat-B5密封条大变形非线性有限元 ┊分析与评价汽车工艺与材料,2004(12):卅3742。 ┊

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