基于Hypermesh的車身空腔模態仿真分析

章超，劉潤琴，董婷

?

基于Hypermesh的車身空腔模態仿真分析

章超，劉潤琴，董婷

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

以某車身為研究對象，建立其三維簡化模型，然后導入Hypermesh軟件進行處理，最后通過Hypermesh仿真求解出該車身的200Hz以下的頻段聲腔模態，并對其進行分析和評價。

Hypermesh；聲腔模態；仿真；分析；評價

引言

當今汽車噪聲作為汽車的重要性能指標，消費者對車輛性能的聲學特性的要求也更加重視起來。現在對于車內噪聲問題的解決方法和應對措施已經比較成熟了。針對這樣的問題，首先，明白它的產生機理，其次弄清楚它的分布，最后提出相應的解決方案。現在仿真技術在解決這方面的問題，越來越成熟，在設計研發初期通過仿真掌握車內空腔的聲場分布以及模態振型，可以在設計中對車內聲學特性進行優化，從而避免許多共振問題產生，提高車內的聲品質。

1 車身聲腔模態分析

在車身設計初期階段，通過試驗與仿真對車身聲腔模態進行分析，了解車內聲場分布和重要振型，可以在研發期根據車輛的基本狀況有效的對車身結構進行優化匹配，減少車內共振問題。本文針對某具體實車，進行分析，以200Hz以下的頻段為研究范圍，采用Hypermesh軟件建立車身有限元模型通過求解得出車身聲腔模態。

1.1 聲學振動模態

圖1 車身空腔有限元模型

首先將建好的模型導入Hypermesh軟件中，通過平面切片將模型切開，在模型內部與切片交接附件選取并復制節點，節點復制完成后，將節點連接成單元，直至所有單元包絡成一個封閉的空腔表面，然后對車身空腔和座椅等空腔進行填充。理想的聲學單元尺寸大約是聲波長1/6，這里聲學單元和結構單元的單元大小一致。Hypermesh軟件中建立如圖1所示的三維車身空腔聲學有限元模型，共22683個節點，68768個單元。

1.2 空腔聲學模態計算

對車室空腔聲學模型進行模態分析，可以掌握它的聲壓分布情況。通常第一階頻率不為零的聲學模態出現在 40～80 Hz左右，一般空腔越長頻率越低，表現為聲壓沿車室縱向分布的縱向聲學模態。通過Hypermesh軟件建立有限元模型，將建立好的模型導出為Nastran計算的.bdf文件，其中Export選項設置為all。而通過Nastran計算導出的.bdf文件，計算結果包含OP2文件。仿真得到車內前200Hz范圍內的聲學固有頻率與模態振型，這里主要顯示前6階來分析，如表 1所示：

表1 車身聲腔模態計算結果

（1）第1階模態振型 （2）第2階模態振型

（3）第3階模態振型 （4）第4階模態振型

（5）第5階模態振型 （6）第6階模態振型

圖2 車室聲腔前6階模態振型

1.3 結果分析及評價

如圖 2車身聲腔前 6階模態振型。從仿真的結果可以看出，因為車室空腔呈現橫向對稱，所以可以看出聲壓分布也呈現左右對稱。由（1）圖可知，在 0Hz時為剛體模態，即為一致聲壓模態。從第二階開始提取模態頻率和聲壓振型分布，由（2）圖可知，在 62.98Hz時出現首階縱向聲壓模態，聲壓值由中間往前后逐漸增大，位于發動機位置處出現聲壓最大值，位于駕駛員和前排乘員所在的位置處的升壓值相對很小，說明該車輛這部分的聲學結構設計是合理的。由(4)圖可知，在 116.4 Hz時出現橫向第1階聲壓模態，在尾部處出現相對聲壓最小值，位于駕駛員右耳和后排座椅中間位置處相對聲壓值也比較小，這正是在設計時所希望達到的。由(5)圖可知，在 138.7 Hz時出現首階垂向聲壓模態，觀察可知，在車頂蓋處，即乘員頭部上方的聲壓值相對較大，這對司機和前排乘客的影響很大，在后期需要進行改善優化，后排乘員位置的聲壓值相對比較小，對后排乘員是有利的。可知座椅應盡量布置在節點位置，聲腔模態中點火頻率的倍頻程是最容易引起共振的頻率，所以設計改進時第一階非自由模態需錯開怠速發動機2階點火頻率。

2 結論

本文，針對某具體車型通過仿真獲得了車身的聲場分布與模態振型，對該車內的聲學品質做了一些簡單的評價，為以后的車內聲場優化提供了重要信息。

[1] 鮑春燕,雷剛.LF520車室聲腔模態分析[J].重慶工學院學報:自然科學版,2008, 22(10):14-16.

[2] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動理論與應用[M].北京理工大學出版社,2006,6:7-16,309-320.

[3] 管義群.客車有限元建模方法概述[J],客車技術與研究,2006(5): 13-16.

[4] 劉文華,夏湯忠,劉盼,等.車身聲腔及結構仿真分析[J].汽車科技, 2011（6）:23-25.

Model simulation analysis of body cavity based on Hypermesh

Zhang Chao, Liu Runqin, Dong Ting

( School of Chang an automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

Take a body as the research object, establish a three-dimensional simplified model, and then import Hypermesh software for processing. Finally, through Hypermesh simulation, the frequency band mode of the body under 200Hz is solved and analyzed and evaluated.

Hypermesh; Cavity mode; Simulation; Analysis; Evaluation

A

1671-7988(2018)16-273-02

U461.99

A

1671-7988(2018)16-273-02

CLC NO.: U461.99

章超（1991-），男，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院，車輛工程專業。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.098