发动机缸盖罩噪声预测与降噪研究

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随着汽车工业的发展,人们对汽车振动、噪声、平顺性(NVH)的要求越来越高,这就给设计者们提出了更高的要求。与此同时,以有限元法和边界元法为代表的CAE技术广泛的应用到了发动机及其零部件的设计过程当中。CAE技术的应用使得从产品设计开发阶段开始就能够进行振动、噪声等预测,有效的指导了发动机及其零部件的设计开发,大大缩短了设计周期,提高了效率和质量,降低了成本,适应了快速变化的市场需求,也增强了市场竞争力。本文应用CAE分析技术,在某发动机的开发过程中,对其缸盖罩的噪声进行预测,识别振动以及辐射噪声的薄弱环节;同时,考虑到在整机参数以及整体结构已经定形的情况下,对缸盖罩不能够进行较大的结构改动,加之结构改进本身的减振降噪也有限,本文对缸盖罩的材料替代进行噪声预测;研究同结构不同材料缸盖罩振动、辐射噪声性能以及材料参数(密度、杨氏模量、泊松比)、阻尼性能对辐射噪声的影响。主要内容和结论有:1)分别采用不同网格尺寸的一阶单元、二阶单元对缸盖罩体进行网格离散后有限元计算模态分析,并与其实验模态进行对比,最终解决了缸盖罩体网格离散化中单元的选择问题,保证了有限元模型的正确性。2)在掌握了缸盖罩体正确建模方法的基础上,针对某正在研发中的发动机缸盖罩体,采用4mm网格控制尺寸的二阶单元对其进行网格离散并计算模态分析,识别了缸盖罩体的动态特性,也得到了其可靠的有限元网格模型,为其振动以及辐射噪声预测奠定了基础。3)针对缸盖罩振动频响计算边界条件难确定的问题,对发动机动力总成悬置系统进行了4000rpm工况下的瞬态有限元仿真分析,得到缸盖罩与发动机相连的螺栓孔处的振动位移,作为缸盖罩振动频率响应仿真分析边界条件,解决了频响计算边界条件难确定的问题。4)在模态的基础上建立了缸盖罩的可靠的有限元网格模型,将仿真分析获取的缸盖罩频响计算边界条件施加于缸盖罩,实现了其强迫振动计算,为其辐射噪声预测奠定了基础;建立了缸盖罩辐射噪声的边界元模型,将振动计算结果作为边界元辐射噪声计算的边界条件,实现了缸盖罩辐射噪声预测。5)通过不同材料缸盖罩频率响应对比分析发现,其在0~1000Hz频段出现了倍频共振现象,缸盖罩的振动从大到小依次是:PA6_E6000型缸盖罩、PA6_E9200型缸盖罩、AZ91D型缸盖罩、ZL101型缸盖罩;在1000~3000Hz频段内的振动从大到小依次是:ZL101型缸盖罩、AZ91D型缸盖罩、PA6_E6000型缸盖罩、PA6_E9200型缸盖罩,主要原因是此频段内阻尼的减振作用明显。6)通过对塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩的辐射噪声对比发现:缸盖罩声学性能从好到差依次是:塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩;材料阻尼性能的不同是塑料缸盖罩、镁合金缸盖罩、铝合金缸盖罩声学性能不同的关键因素;塑料缸盖罩在1000~3000Hz频段内,阻尼减振降噪作用特别显著。因此,缸盖罩的降噪材料选择:优先选用塑料,其次镁合金,最后铝合金。
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