毕业论文范文——基于实验的隔声仿真方法

西安航空职业学院毕业论文基于实验的隔声仿真方法姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘 要：本文针对车体铝型材复合结构进行了隔声量仿真分析，首先运用一种分频段的仿真分析方法，获得铝型材隔声量仿真结果，全频段的综合隔声量仿真结果与实验测试结果非常吻合，验证了分频段仿真方法的有效性；在此基础上，逐层添加吸隔声材料进行隔声量测试，根据测试结果，调整仿真模型，对铝型材复合结构进行隔声量仿真，最终仿真结果与试验结果对比得知，单频段误差在3dB以内，得到一种准确的铝型材复合结构全频段隔声量仿真方法，为车体结构的优化设计提供了解决方案。关键词：隔声量；分频段；铝型材复合结构；VAone近年来，随着高铁运行速度的增加，高铁的噪声问题变得尤为突出，车内噪声问题严重地影响了乘坐舒适度。高铁车体主要由波纹板铝型材组成，研究车体型材的隔声特性变得十分重要。辛锋先等人通过空间谐波法与虚功原理获得了三明治板的隔声量结果，但理论结果与实验结果存在一定差异，并且没有考虑板结构的边界条件1,2。本文首先介绍一种铝型材板件分频段的隔声量仿真方法，得到的仿真结果与实验测试结果非常吻合，在此基础上，对铝型材复合结构进行实验测试，获得其隔声量实验数据与仿真参数，在VAone软件中建立模型，获得了复合结构的全频段隔声量仿真结果，从而验证方法的可行性。1 实验测试首先对铝型材进行模态测试、隔声量测试，得到板件的模态频率等参数，基于模态测试数据，应用希尔伯特包络法求得1/3倍频程的阻尼损耗因子。如图1所示。 图1 波纹板铝型材的截面图与损耗因子将铝型材的CAE模型导入有限元软件中，分别施加固支边界(Clamped)与简支边界(Pinned)进行模态仿真计算3。对比模态频率的实验结果与仿真结果，可以得出，波纹板铝型材的边界条件可近似为固支。2 型材隔声量仿真方法对中空铝型材的分析方法很多，包括有限元法、统计能量法、FE-SEA混合法、等效法等。不同的方法在不同频段的准确性有着差别：a、FE方法：低频准确性主要取决于边界条件的设定，隔声峰谷值差异跟模态阻尼有关；b、SEA方法：不考虑低频模态特征，在低频不会出现隔声低谷，高频准确性取决于结构阻尼因子和空腔吸声系数；c、等效法：将中空铝型材的中间层等效为一层正交异性的单板，在VA one中利用SEA模型进行仿真，在高频区域与实验结果差异较大；c、混合方法：以上因素均存在。采用的软件为ESI公司的VAone，仿真软件中声场的设定与本次测试声场环境存在差异性：在进行实验测试时，隔声室的发声室为混响场，而隔声室的接收室为非全消声场；仿真软件的设置与实验不同，VA one软件中发声室与隔声室都设置为混响场。本文采用分频段的仿真方法：低频区100-250Hz采用SEA中的等效方法，315-1600Hz采用FEM方法并考虑阻尼的影响，2000-4000Hz采用SEA方法（细分面板+面板筋内声腔）。250Hz截止频率根据模态测试结果进行相应调整。铝型材板件的隔声量仿真与试验对比结果如下图2所示。图2 型材仿真与实验结果的隔声量对比从综合对比结果可以看出，仿真结果与实验结果基本吻合，只有2个频率下的差异超过4dB。3 复合结构隔声量仿真3.1 模型参数选取本节对铝型材的复合结构进行隔声研究，研究对象为为：铝合金型材+前后阻尼浆+沥水板+玻璃棉+隔音毡+胶合板+橡胶地板。首先进行隔声量测试，截取尺寸为1250mm1100mm的板件。其中铝合金型材的高度为70mm，内侧板厚2.8mm，加筋板厚2.5mm，外侧板厚3mm，截面如图3所示。图3 铝型材复合地板截面图分别对喷涂阻尼浆的铝型材复合结构、隔声毡、胶合板等进行隔声量测试，结合测试数据，拟合各层复合材料的参数。图4 复合结构隔声量测试结果在进行仿真计算时，VAone模型中阻尼浆、隔声毡等材料的参数选取如下图5-图7所示。 图5 阻尼浆参数设置 图6玻璃棉参数设置 图7 隔声毡参数设置 图8 仿真与试验对比 图9 木质胶合板参数设置 图10 仿真与试验对比3.2 仿真计算首先对铝合金地板进行建模，建立CAD模型，对整体进行抽取中面获得壳单元模型，进而对所有的面进行分网。得到铝合金地板的模型后，即可导入VAone中进行隔声量仿真分析，将VAone软件中单位设置为mm-Mg-s，随后导入CAE模型，在此为了考虑铝型材中间空腔的影响，将板块分成若干小板建立SEA模型，以方便中间空腔的建立与连接。建立好铝合金的SEA模型和铝合金中的空腔SEA模型后，进一步建立上下声腔SEA模型，得到模型如下图11所示。 图11 隔声量仿真模型建立模型后，即可进行隔声量仿真的计算，但此时计算仅仅是对铝合金地板进行计算，要进一步对型材复合结构进行仿真，需要增加其他材料的作用。VAone软件中的Noise Control Treatments功能模块能非常有效地进行复合地板的仿真分析，只需将加在铝合金地板后的各种材料当做NCT赋予板的一侧即可。首先给发射室一端添加5mm的阻尼浆NCT，给接收一侧添加多层NCT，如下图12所示。 图12 复合结构NCT添加完成以上设置后，即可进行求解，最后还有需要注意的一点，在查看隔声量结果时，由于上板包含很多小的SEA板，所有的小板与上空腔都有板连接，而查看结果时只能选一块板连接，此时随意选取其中一块板连接即可，但是需要进行对小板的面积对整个板的面积进行归一。仿真结果如图13所示。 图13 隔声量仿真结果从上图可以看出，复合地板的仿真结果与实验结果基本一致；而上表可以，看出复合地板的仿真结果与实验结果在100Hz-160Hz低频区域与2500Hz-4000Hz高频区域处误差超过3dB，其他频段的隔声量误差都在3dB内；并且最终的计权隔声量差异在3dB的误差范围内。误差较高的原因有以下几点：1、复合板结构复杂，因此在低频处会导致仿真结果的较大误差。2、作为基础的铝合金地板本身也很复杂，在设置SEA板时，建立许多小板，这使得所有的SEA板的模态密度在100-1000Hz都过低，这也会引起SEA模型分析结果的误差。3、高频误差为实验室测试条件导致，60dB以上数值不可用。4、对复合结构仿真时将所有作为NCT加载与铝合金地板上，由于本实验的型材复合版的层数比较多，会对高频的仿真结果产生一定影响。4 结语本文利用VA one软件对铝型材板板件进行了隔声量仿真分析，详细介绍了仿真方法的过程，最终获得的隔声量仿真结果与实验结果非常吻合。同时对铝型材复合结构的隔声量进行仿真分析，合理的对多层结构进行施加，同样获得了准确的仿真结果，验证了该方法的可行性，为复杂结构进一步的仿真优化奠定基础。参考文献：1 辛锋先,卢天健,陈常青.轻质金属三明治板的隔声性能研究J. 声学学报,2008,33(4):340-347;2 F.X.X. C. Shen, T.J.Lu. Theoretical model for sound transmission through finite sandwich structures with corrugated core J.International Journal of Non-Linear Mechanics. 2011;3 詹福良,徐俊伟. Virtual.Lab Acoustics 声学仿真计算从入门到精通M.西安：西北工业大学出版社,2013.22-24;4 王红霞,王德禹,李喆.三角形夹芯板夹心层的等效弹性常数J.固体力学学报，28(2):178-182;5 张海澜. 理论声学M. 北京：高等教育出版社, 2012.7.致 谢 论文的写作过程确实是个艰苦的历程，但是自己还是尽力地投入到这项工作中去，不断地搜集资料，修改与整理论文，其中的艰辛可想而知。幸运的是，在论文的撰写过程中，我得到了导师的帮助，在此向他表示深深的感谢。导师总是及时、耐心