【摘 要】
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低速载货车驾驶室声振问题及不确定性研究具有重要的工程应用价值和研究意义。解决声振问题的重要手段包括耦合声腔的噪声预测以及结构振动的控制。由于耦合声腔与结构之间的强相互作用,使得这一过程尤为困难。此外,低速载货车产品在生产、装配、测量环节以及外部环境等条件的影响下容易产生不确定性。由于不确定性的广泛存在和日益累积,可能对声振系统的声压响应造成较大的误差。近来,数值方法与CAE软件不断改进和优化,方便
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金“基于广义积分规则的汽车NVH中频问题计算方法研究”项目（51605391）；
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低速载货车驾驶室声振问题及不确定性研究具有重要的工程应用价值和研究意义。解决声振问题的重要手段包括耦合声腔的噪声预测以及结构振动的控制。由于耦合声腔与结构之间的强相互作用,使得这一过程尤为困难。此外,低速载货车产品在生产、装配、测量环节以及外部环境等条件的影响下容易产生不确定性。由于不确定性的广泛存在和日益累积,可能对声振系统的声压响应造成较大的误差。近来,数值方法与CAE软件不断改进和优化,方便了低速载货车生产企业结合商用软件在概念设计阶段对产品进行声学特性预测。依据概念设计阶段的声振模型,生产企业能够根据预测报告给出振动噪声优化方案,从而进一步缩短研发周期、降低企业成本、提升产品竞争力。目前,有限元法（Finite Element Method,FEM）、无网格法（Meshless method）以及边界元法（Boundary Element Method,BEM）等数值方法在振动噪声预测与控制中扮演着非常重要的角色,是商用CAE软件的核心算法。在这一背景下,数值方法已经成为解决声振问题及进行不确定研究的关键技术。论文的主要工作及成果如下:（1）研究了封闭空腔的板状结构声振问题及有限元-最小二乘点插值法/边界元法（Finite Element-Least Square Point Interpolation Method/Boundary Element Method,FE-LSPIM/BEM）。首先将FE-LSPIM形函数应用到结构动力学分析中,得到结构的FE-LSPIM模型。随后,将BEM应用到三维声场模型中。依据耦合边界条件及声学Helmholtz边界积分方程建立声场离散方程。最后,在满足耦合界面位移和压力连续条件的情况下,推导了用于分析板状结构声振问题的FELSPIM/BEM耦合矩阵表达式,并推广至一带弹性板的六面体模型中,求得其声压频响函数曲线。结果表明:FE-LSPIM/BEM具有较好的计算精度。（2）分析了板状结构不确定性问题,将随机模型引入板状结构声振系统,结合变量变换推导了随机摄动的FE-LSPIM/BEM（Stochastic Perturbation-Finite Element-Least-Square Point Interpolation Method/Boundary Element Method,SP-FELSPIM/BEM）求解不确定性声振问题的基本公式,给出了求解系统随机变量与响应的线性表达式,并通过数值算例分析了声压与响应的概率密度函数分布情况,验证了SP-FE-LSPIM/BEM分析不确定性声振问题的有效性。（3）依据板状结构声振问题及不确定性的研究结果,将SP-FE-LSPIM/BEM推广至低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究。首先建立低速载货车驾驶室声振模型,利用平面壳单元及坐标变换法进行动力学分析并推导出总体刚度矩阵及总体质量矩阵,得到低速载货车驾驶室声振模型声振问题的FE-LSPIM/BEM耦合矩阵表达式。随后,通过数值计算求得其声压频响函数曲线及声压与响应的概率密度函数分布情况。最后,模态试验结果验证了该方法应用于低速载货车驾驶室声振计算的可靠性及适用性。本文在声振问题及不确定性数值计算方法方面进行了一定程度的研究,重点关注了FE-LSPIM/BEM声振问题计算精度的提高以及SP-FE-LSPIM/BEM不确定分析的可靠性。从模态试验的对比验证结果及声压响应结果来看,该方法能很好地应用于低速载货车驾驶室声振计算及不确定性研究中,为进一步开展工程应用奠定了坚实的基础。
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