汽車頂棚生產(chǎn)與工藝改進(jìn)措施的分析

1、汽車頂棚生產(chǎn)與工藝改進(jìn)措施的分析摘 要：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)乘車舒適性的 要求越來越高，但國內(nèi)外早期的汽車頂棚生產(chǎn)工藝并未對(duì)聲 波噪音產(chǎn)生足夠的認(rèn)識(shí)，汽車頂棚工藝技術(shù)的滯后使得駕駛 員和乘客要無可奈何地承受車內(nèi)聲場(chǎng)共振現(xiàn)象。面積較大的 汽車頂棚作為因外界刺激而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的主要來源，逐 步成為了汽車性能指標(biāo)的重要影響因素。本文以振動(dòng)噪聲理 論為指導(dǎo)，通過有限元模態(tài)技術(shù)，建立起汽車頂棚的模態(tài)模 型，并對(duì)汽車頂棚生產(chǎn)工藝和 NVH 改進(jìn)進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：汽車頂棚；生產(chǎn)工藝；有限元建模； NVH ；模 態(tài)分析隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)乘車舒適性的要求越來越 高，但國內(nèi)外早期的汽車頂棚生產(chǎn)工

2、藝并未對(duì)聲波噪音產(chǎn)生 足夠的認(rèn)識(shí)，汽車頂棚工藝技術(shù)的滯后使得駕駛員和乘客要 無可奈何地承受車內(nèi)聲場(chǎng)共振現(xiàn)象。面積較大的汽車頂棚作 為因外界刺激而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的主要來源，逐步成為了汽 車性能指標(biāo)的重要影響因素。本文以振動(dòng)噪聲理論為指導(dǎo)， 通過有限元模態(tài)技術(shù)，建立起汽車頂棚的模態(tài)模型，并對(duì)汽 車頂棚生產(chǎn)工藝和 NVH 改進(jìn)進(jìn)行了研究。、汽車頂棚結(jié)構(gòu)的建模和模態(tài)分析汽車頂棚的振動(dòng)造成了車內(nèi)的低頻噪聲，影響了駕駛和 乘坐的舒適性，通過汽車頂棚的模態(tài)分析，可以根據(jù)振動(dòng)傳 遞產(chǎn)生的噪聲機(jī)理來對(duì)噪聲處理提供診斷依據(jù)。本文采取有限元軟件 PATRAN 對(duì)汽車頂棚結(jié)構(gòu)進(jìn)行建 模，再導(dǎo)入聲振分析軟件 SYSNO

3、ISE 中進(jìn)行汽車頂棚的模態(tài) 分析。在 SYSNOISE 中，材料參數(shù)選擇 0.9mm 的低碳鋼， 邊界條件設(shè)定為四邊位移為零。因?yàn)檐噧?nèi)噪聲的主要頻段為 200Hz 以下，所以，該模態(tài)分析的關(guān)鍵在于對(duì) 200Hz 以下的 低頻段進(jìn)行低階模態(tài)計(jì)算。其次，由于汽車頂棚圍成的封閉 車內(nèi)空間會(huì)產(chǎn)生聲波共鳴現(xiàn)象，導(dǎo)致駕駛員和乘客的耳鳴噪 音出現(xiàn)，國內(nèi)外早期的汽車頂棚生產(chǎn)工藝并未對(duì)聲波噪音產(chǎn) 生足夠的認(rèn)識(shí)，汽車頂棚工藝技術(shù)的滯后使得駕駛員和乘客 要無可奈何地承受車內(nèi)聲場(chǎng)共振現(xiàn)象。因此，本文同樣通過 PATRAN 對(duì)車內(nèi)聲場(chǎng)進(jìn)行建模， 再利用 SYSNOISE 來分析車 內(nèi)聲場(chǎng)的聲學(xué)模態(tài)。汽車頂棚結(jié)構(gòu)的模態(tài)

4、分析流程見表 1 所 示。二、汽車頂棚結(jié)構(gòu)的工藝與模態(tài)的關(guān)系 通過上文對(duì)汽車頂棚結(jié)構(gòu)的建模和模態(tài)分析，為了減振 降噪，可根據(jù)汽車頂棚結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和振動(dòng)噪聲之間的關(guān)系，來 對(duì)汽車頂棚生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究。1、金屬板厚度對(duì)汽車頂棚模態(tài)的影響 前文在汽車頂棚有限元分析中采用的是 0.9mm 的金屬 板厚度，本文將其與 0.7mm 和 1.2mm 厚金屬板的汽車頂棚結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)前十階模態(tài)進(jìn)行計(jì)算， 200Hz 以 下的低階模態(tài)聲場(chǎng)振型結(jié)果表示：在汽車頂棚金屬板厚度為 0.7mm 時(shí)，汽車前排和后排均出現(xiàn)了較強(qiáng)的低頻噪聲，其模 態(tài)頻率低于 0.9mm ，而在汽車頂棚金屬板厚度為 1.2mm 時(shí)， 其

5、模態(tài)頻率要比 0.9mm 厚時(shí)要高出不少。 因此， 金屬板厚的 增加對(duì)于減振降噪具有良好的改善效果。2、金屬板材料對(duì)汽車頂棚模態(tài)的影響 前文在汽車頂棚有限元分析中采用的是低碳鋼作為頂 棚材料，作為對(duì)比試驗(yàn)，本文將鋁合金納入其中。通過對(duì)前 十階模態(tài)進(jìn)行計(jì)算， 200Hz 以下的低階模態(tài)聲場(chǎng)振型結(jié)果表 示：在低碳鋼和鋁合金為同等厚度的前提下，模態(tài)頻率有少 許上升，但鋁合金的密度較之低碳鋼要小很多，對(duì)車身質(zhì)量 的優(yōu)化有一定幫助。三、汽車頂棚結(jié)構(gòu)的工藝改進(jìn)措施 汽車頂棚結(jié)構(gòu)的工藝是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，既要考慮 性能的實(shí)現(xiàn)，又要降低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，因此，本文提出在替換汽 車頂棚金屬材料和減小金屬板厚度的條件下

6、，在振動(dòng)的峰值 點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)根加強(qiáng)帶來對(duì)汽車頂棚生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)的措施。汽車頂棚采用 0.7mm 厚的鋁合金材料， 設(shè)置三條相同材 質(zhì)、寬度 50mm 的加強(qiáng)帶，總體維持在 12kg 左右的重量之 內(nèi)。其中，加強(qiáng)帶設(shè)置在汽車頂棚后部位置，靠近汽車尾部 的加強(qiáng)帶厚度設(shè)置為 0.3mm，靠近汽車頭部的加強(qiáng)帶厚度設(shè) 置為0.5mm,中間的加強(qiáng)帶設(shè)置為 0.7mm ,利用PATRAN建 立汽車頂棚模型并導(dǎo)入 SYSNOISE 進(jìn)行模態(tài)分析。改進(jìn)后，汽車頂棚的低階模態(tài)有了一定的改善， 200Hz 以下的低頻整體升高，加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)有效地抑制了汽車頂棚 引發(fā)的生輻射，模態(tài)振型的峰值點(diǎn)挪動(dòng)到了對(duì)駕駛員和乘客 有利

7、的狀態(tài)，本措施實(shí)施后，低頻模態(tài)有明顯提高，對(duì)低頻 噪音的改進(jìn)效果滿足要求。而此時(shí)汽車頂棚的結(jié)構(gòu)質(zhì)量減 小，更符合經(jīng)濟(jì)性能的需求。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的日益發(fā)展和 新材料的日新月異，汽車頂棚的生產(chǎn)工藝改進(jìn)研究還將有進(jìn) 一步的研究前景，相信日后將出現(xiàn)更為簡(jiǎn)便和有效的有限元 模態(tài)分析方法，建立起更加切合實(shí)際需求的駕乘模型。參考文獻(xiàn)【1】何渝生 .汽車噪聲控制 .機(jī)械工業(yè)出版社， 1999【2】丁渭平.車身結(jié)構(gòu)的低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)研究J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2002， 2（ 2）： 50-52【3】黃天澤 .黃金陵等 .汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出 版社， 1992【4】劉懿、靳曉雄、都崢 .應(yīng)用有限元方法分析和降低轎車室內(nèi)噪聲 J. 汽車工程