某轻型卡车驾驶室结构与噪声性能优化设计研究

发布时间：2020-06-19 04:54

【摘要】：本文主要运用有限元分析方法和结构优化方法对轻型卡车驾驶室的结构静动态特性和声学特性进行了研究。一方面,运用拓扑优化和尺寸优化相结合的方法提高了驾驶室的模态特性和弯扭刚度。另一方面,采用添加阻尼材料的方式降低了驾驶室内部噪声,并对阻尼材料进行了优化布局,节省了材料。首先建立了驾驶室结构有限元模型,并通过试验验证了模型的准确性。在Optistruct软件中,分析了驾驶室的自由模态和弯曲、扭转刚度,得出了驾驶室第一阶模态频率偏低,弯曲和扭转刚度不足的结论。为了改善驾驶室结构的静动态特性,首先采用拓扑优化的方法找到驾驶室结构薄弱的区域,采用添加加强板的方式提高其刚度,通过优化结果验证了这种方案的合理性。然后对新增加的加强板的厚度进行了尺寸优化,使驾驶室静动态性能满足要求的同时新增加的加强板的质量最小。经过拓扑优化和尺寸优化后,在质量相比优化前增加1.7%的基础上,驾驶室的第一阶模态频率相比优化前提高了12.03%,弯曲刚度提高了9.8%,扭转刚度提高了17.4%。在Hypermesh软件中建立了驾驶室声固耦合模型,分别对结构优化前和优化后进行了主驾右耳声学频率响应分析,结果表明前文的结构优化在提高驾驶室静动态性能的同时也对驾驶室内部噪声也有一定的降噪作用。通过计算驾驶室场点声学频率响应曲线,确定出主要的峰值频率作为后续的优化目标,计算出峰值频率点的板件贡献量、模态贡献量和节点贡献量,综合利用这些声学诊断方法确定出需要优化的板件和局部区域。采用铺设阻尼材料的方式来改善驾驶室的声学性能。首先分析了自由阻尼材料和约束阻尼材料的降噪效果,然后以顶棚铺设阻尼材料为例,对顶棚自由阻尼层进行拓扑优化,有效降低了特定频率处的声压,并且拓扑优化后阻尼材料保留的部分与节点贡献量较大的区域基本一致,为下文多频率声压级的阻尼优化方法的提出做铺垫。采用了两种方法对阻尼材料进行了优化布置,其中板件贡献量结合综合模态应变能的方法计算效率快,但对峰值降噪效果有限,节点贡献量结合拓扑优化的方法对驾驶室峰值噪声降噪明显,而且对整段频率都有很好的降噪作用,并且阻尼材料的使用量比上一种方法更少,但计算效率相对较慢。总之,这两种阻尼铺设方法对驾驶室声学性能都有一定的改善,达到了预期的降噪效果,具有一定的工程意义。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.81
【图文】：

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图 2.1ACM2 焊点模型Fig 2.1 Model of solder joint部分的网格划分完成之后需要设置驾驶室各个板为钢材，在 Hypermesh 中 MAT1 卡片进行赋予，实际厚度，并在属性 PSHELL 中的 T 进行赋值，表 2.1 驾驶室材料参数Tab 2.1 Property of materials for cab料卡片弹性模量（MPa）泊松比密度（t/mm MAT1 2.1 1050.3 7.9 10

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图 2.1ACM2 焊点模型Fig 2.1 Model of solder joint成部分的网格划分完成之后需要设置驾驶室各个板件的料为钢材，在 Hypermesh 中 MAT1 卡片进行赋予，而的实际厚度，并在属性 PSHELL 中的 T 进行赋值，具表 2.1 驾驶室材料参数Tab 2.1 Property of materials for cab材料卡片弹性模量（MPa）泊松比密度（t/mm3）钢 MAT1 2.1 1050.3 7.9 10-9

【参考文献】