车身结构动特性分析与自由阻尼层布置优化

【摘要】人们对汽车乘坐舒适性的要求不断提高，汽车制造企业在日趋激烈的市场竞争中为提高产品的竞争力，也将汽车的舒适性作为产品开发的一个关键指标，对汽车的减振降噪的分析研究在汽车开发中占有越来越重要的地位。车内低频结构噪声主要是由组成车身结构的众多薄壁板件的振动辐射产生。在薄壁板件表面附加阻尼材料可提高复合结构阻尼，改善板件结构辐射噪声水平，且由于粘弹性阻尼材料能够在相当宽的频率范围内起到抑制振动和噪声的目的，故阻尼材料在车身结构上得到大量的应用。然而，由于车身结构本身组成板件很多，且形状复杂，故一般在车身上附加阻尼材料，其分布位置、大小和厚度大多依据工程经验而定，往往得不到阻尼材料的高效利用。本论文以某轿车车身结构作为研究对象，对车身结构的振动特性和附加自由阻尼层的阻尼特性分别进行了研究，重点分析了车身结构和附加阻尼结构的建模方法，并分别对车身结构进行了试验模态分析与有限元仿真分析，最后对车身结构上的附加自由阻尼层进行了布置优化。具体进行了以下工作：建立了某轿车车身结构的有限元模型，并对模型关键部件的建立进行了分析；对阻尼复合结构的阻尼特性进行分析，应用模态应变能方法计算了自由阻尼复合结构的模态损耗因子作为结构阻尼的表征，同时研究了阻尼层与结构层厚度比对结构阻尼（及模态损耗因子）的影响，得出了阻尼层厚度的最佳选取范围。对所建立的车身结构进行了有限元模态分析，计算得到结构的低频模态频率与振型，同时对所研究车身结构实施试验模态分析，获取车身结构的模态参数，并与仿真结果进行对比，验证了所建立的仿真模型的有效性。对车身附加自由阻尼层进行设计优化，应用拓扑优化设计方法，以复模态分析的某一阶模态频率的实部作为优化目标，阻尼层质量分数为设计约束，对车身地板上附加自由阻尼层进行了布置优化；最后应用车身各组件的综合单元应变能分布信息，确定车身各个阻尼布置区域自由阻尼布置，并对两种阻尼布置方案进行噪声响应计算，结果依据单元应变能分布的阻尼布置使阻尼材料使用量降低了15%，且驾驶员耳旁噪声响应略有下降，证实了这种方案切实有效可行的。
【作者】李伟；
【导师】王登峰；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】车身结构；自由阻尼层；模态分析；模态单元应变能；模态损耗因子；拓扑优化；综合单元应变能；

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