一种液阻悬置解耦膜-流道板撞击噪声的仿真预测方法

本发明涉及汽车动力总成液阻悬置噪声分析领域，特别涉及一种液阻悬置解耦膜-流道板撞击噪声的仿真预测方法。

背景技术：

1、作为发动机减振部件，液阻悬置具有比较理想的动态特性，其内部采用惯性通道-解耦膜结构，使液阻悬置在低频下具有大阻尼特性、在高频下具有小刚度特性。但复杂的结构也给液阻悬置带来噪声问题，液阻悬置噪声分为撞击噪声和气蚀噪声，气蚀噪声是因为液阻悬置中液体在低压时汽化，在高压时受压爆破产生冲击波，为避免气蚀噪声，已知较为有效的方法包括增加泄压阀和设置旁通通道。撞击噪声是悬置工作时，解耦膜上下浮动撞击流道板产生的噪声，该噪声在低频大振幅工况下较为明显，实车表现为汽车低速通过坏路面时，驾驶室内感受到明显异响。液阻悬置本身结构决定了其在工作时必然发生撞击过程，研究撞击噪声的产生机理和预测方法对解决异响问题有重要意义。

2、解耦膜与流道板碰撞冲击产生噪声可分为2个阶段：加速度噪声和自鸣噪声，加速度噪声是指碰撞的瞬间冲击力使物体表面产生较大的振动加速度，周围介质由于压力波动产生噪声；自鸣噪声对应于自由衰减振动阶段，物体表面加速度逐渐衰减，噪声辐射也逐渐降低。

3、通过实验研究液阻悬置异响问题时，测试方法包括：1)使用麦克风直接测量声压信号，使用声压级峰值评价噪声程度；2)使用力传感器测量液阻悬置固定端的支反力信号，通过高通滤波去除液阻悬置受到的激励力，即可得到解耦膜-流道板碰撞冲击产生的力信号，取信号的峰值作为噪声评价标准。实验方法需要液阻悬置零部件实物，无法在设计初期预估液阻悬置的噪声情况，而且不便于对零件结构进行优化，但实验测试可以用于仿真方法准确性的验证。

4、现有技术中，液阻悬置异响的仿真预测方法有：1)对液阻悬置进行流固耦合有限元仿真，求解解耦膜拍击力随时间变化情况，并将拍击力峰值作为异响判定依据，该方法需对液阻悬置整体进行建模，考虑了流固耦合作用，导致模型较为复杂；2)仿真求解解耦膜与流道板接触力与等效位移关系曲线，并使用最大接触刚度评价解耦膜撞击噪声情况，若最大接触刚度超过300n/mm则判断存在异响问题，但该标准不适用于不同结构的液阻悬置，且该方法同样未从声学角度分析异响问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，所述方法从声学角度分析撞击噪声，能够快速、准确地对液阻悬置异响情况进行分析预测。

2、为了实现本发明目的，本发明提供的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，包括以下步骤：

3、1○、获取目标液阻悬置三维结构模型；

4、2○、从目标液阻悬置三维结构模型中提取出解耦膜-流道板装配模型，对装配模型绘制网格、赋予材料属性、添加约束条件和载荷，建立动力学仿真模型，进行瞬态有限元仿真；

5、3○、计算解耦膜-流道板的碰撞冲击响应，获取流道板表面振动加速度信息；

6、4○、根据动力学仿真模型，定义声学边界条件和声源面，设置需要分析的声学场点，建立解耦膜-流道板声学边界元仿真模型；

7、5○、将振动加速度信息作为声源加载至解耦膜-流道板声学边界元仿真模型中，计算解耦膜-流道板模型中外部场点的声压级分布情况；

8、○6、进行声学边界元分析，获取声学场点声压级随频率变化曲线，将声压级最大值作为异响程度评价标准，与异响阈值进行对比，预测液阻悬置是否存在异响问题。

9、进一步地，步骤○2中，所述动力学仿真模型中，流道板固定，解耦膜表面施加压力作为模型输入。

10、进一步地，步骤②中，当为浮动式解耦膜液阻悬置时，动力学仿真模型中解耦膜初始位置在流道液室的中间位置，当为半浮动式解耦膜液阻悬置时，解耦膜总厚度大于流道气室高度，装配后的解耦膜为压紧状态。

11、进一步地，步骤②中，包括以下子步骤：

12、提取出解耦膜-流道板装配模型；

13、将解耦膜-流道板装配模型导入有限元前处理软件进行网格划分；

14、将进行网格划分后的解耦膜-流道板装配模型导入到有限元分析软件中，然后分别设定解耦膜和流道板的材料属性，施加模型约束条件和载荷，将流道板下表面固定，并对解耦膜表面施加压力，仿真分析解耦膜和流道发生板碰撞瞬间解耦膜和流道板的表面振动加速度情况。

15、进一步地，所述有限元前处理软件采用hypermesh软件，所述有限元分析软件采用abaqus。

16、进一步地，步骤③中，计算流道板表面振动加速度时域响应作为声学仿真的激励。

17、进一步地，步骤④中的解耦膜-流道板声学边界元仿真模型，选取流道板表面作为声源面。

18、进一步地，步骤⑤中的振动加速度信息进行傅立叶变换转化为频域信号后，作为声学仿真激励输入。

19、进一步地，步骤⑤中，声学场点的声压计算公式为

20、p＝{atv(ω)}t{an(ω)}

21、式中，p为声学场点的声压；atv为结构表面节点对声学场点的声传递向量；an为结构表面法向振动加速度；ω为角速度，t为转置。

22、进一步地，在步骤⑥后，还包括步骤⑦：若分析判定存在异响问题，则优化解耦膜-流道板结构，重新进行步骤①～⑥，直到声压信号满足要求为止，其中，从解耦膜厚度、降噪筋高度和解耦膜与流道板间隙三个参数出发进行优化。

23、所述步骤⑥中的异响阈值：通过对不同种类的液阻悬置和不同结构的解耦膜-流道板进行仿真分析和实验测试总结得到，该异响阈值介于“没有异响问题的最大仿真声压”和“存在异响问题的最小仿真声压”之间，可通过数据的增加不断缩小范围，使取值更加精确。

24、所述步骤⑦中的结构优化：优化对象一般为解耦膜结构，常用的降噪方法包括增加降噪筋和使用半浮动解耦膜结构，结构优化一般考虑解耦膜的三个设计参数，包括解耦膜厚度、降噪筋高度和解耦膜与流道板间隙，可以从这三方面分别分析参数的最优取值，从而获取较好的降噪效果；其中解耦膜与流道板间隙越小则噪声越小，但同时应考虑到间隙减小导致的液阻悬置刚度增加；解耦膜厚度和降噪筋高度一般设计在特定范围内时噪声较小。

25、本发明与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

26、1)本发明根据碰撞声学理论分析液阻悬置解耦膜撞击噪声问题，通过仿真方法即可预测液阻悬置是否存在异响问题，有效减少实验次数，为液阻悬置结构设计提供参考依据；

27、2)液阻悬置结构较为复杂，但发生撞击的部件为解耦膜和流道板，因此本发明能够实现仅对解耦膜-流道板模型进行分析，可以在准确预测液阻悬置撞击噪声的前提下大幅缩短计算时间，便于通过批量仿真对结构进行优化；

28、3)本发明可以对不同种类的液阻悬置进行预测分析，而且同时适用于解耦膜为浮动式和半浮动式结构的情况，所提出的异响阈值可以作为不同液阻悬置的统一标准。

技术特征：

1.一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤②中，所述动力学仿真模型中，流道板固定，解耦膜表面施加压力作为模型输入。

3.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤②中，当为浮动式解耦膜液阻悬置时，动力学仿真模型中解耦膜初始位置在流道液室的中间位置，当为半浮动式解耦膜液阻悬置时，解耦膜总厚度大于流道气室高度，装配后的解耦膜为压紧状态。

4.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤②中，包括以下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，所述有限元前处理软件采用hypermesh软件，所述有限元分析软件采用abaqus。

6.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤③中，计算流道板表面振动加速度时域响应作为声学仿真的激励。

7.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤④中的解耦膜-流道板声学边界元仿真模型，选取流道板表面作为声源面。

8.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤⑤中的振动加速度信息进行傅立叶变换转化为频域信号后，作为声学仿真激励输入。

9.根据权利要求1所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，步骤⑤中，声学场点的声压计算公式为

10.根据权利要求1-9任一所述的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，其特征在于，在步骤⑥后，还包括步骤⑦：若分析判定存在异响问题，则优化解耦膜-流道板结构，重新进行步骤①～⑥，直到声压信号满足要求为止，其中，从解耦膜厚度、降噪筋高度和解耦膜与流道板间隙三个参数出发进行优化。

技术总结
本发明公开的一种液阻悬置解耦膜撞击噪声的仿真预测方法，包括：获取目标液阻悬置三维结构模型；建立解耦膜‑流道板动力学仿真模型，进行动力学仿真，模拟解耦膜和流道板的碰撞过程，计算流道板的振动响应；基于动力学仿真模型，建立解耦膜‑流道板声学边界元仿真模型；根据振动响应，对流道板进行碰撞冲击噪声声源处理和辐射噪声计算，得到噪声频谱仿真结果；根据噪声分析结果预测液阻悬置撞击噪声的程度以及是否存在异响问题。本发明基于声学仿真预测液阻悬置是否存在异响问题，有效减少实验次数，为液阻悬置结构设计提供参考依据；使用了简化的解耦膜‑流道板模型，在保证仿真准确性的前提下大幅缩短计算时间，便于批量仿真对结构进行优化。

技术研发人员：赵克刚,纵开华,上官文斌
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13