车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

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车身前舱减震降噪的优化

中国科技期刊数据库科研2015年12期 149车身前舱减震降噪的优化孔令振广东福迪汽车有限公司，广东佛山 528225摘要：汽车是国民经济的支柱产业，中国经济的发展是由汽车产业所拉动的。

因此，中国汽车产业的产值、销售额、增加值的增长速度，应该高于 GDP 增速，销售额和利润高于 GDP 增速是我国汽车产业新常态的重要特征。

此外，我国新能源汽车由示范期进入发展期，增长速度会比较快，会成为世界第一大电动汽车市场，这也是增长新常态的一部分。

文章中主要介绍了SUV 汽车，然后介绍汽车车身前舱中存在的噪声和震动问题，最后介绍车身前舱减振降噪优化措施。

关键词：车身前舱；减震降噪；优化中图分类号：U462.1 U461.91 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)12-0149-011 引言随着我国汽车工业的发展，车内噪声问题已成为衡量汽车品质好坏的重要标志之一。

车身振动不仅影响汽车使用寿命，同时振动能量通过声辐射等方式向车内传播，影响乘坐舒适性。

1.1 SUV 汽车的介绍SUV 即指运动型多用途汽车，其兼具了越野车的高通过性、轿车的舒适性及长途运转能力，集运动、休闲、商务于一身的优势使 SUV 车型深受消费者青睐。

尽管 SUV 市场持续高温多年，而且完全没有退烧的态势，但竞争格局却逐渐呈现出明显的变化——自主品牌 SUV 正成为中国SUV 车市的新增长点，同时紧凑型 SUV 一支独大的局面已经被打破，小型化 SUV 已渐成趋势，中大型的 7座 SUV 开始崛起。

2015 年，SUV 市场的亮眼表现，让自主品牌看到了希望。

目前，长城汽车、比亚迪、一汽奔腾和奇瑞汽车等多个乘用车生产企业的销售增量，主要贡献者均是来自 SUV 车型。

小型化趋势显著，从近几年各大厂商纷纷推出的产品不难看出，SUV 市场正在步入一个“小时代”。

SUV 小型化萌芽于 2012 年小型 SUV 的开山之作——长城 M4 的上市，凭借优于两厢车的空间和视野迅速占领市场。

NVH减振降噪材料及技术在汽车车身上的应用

个钣金件之间的焊接边内，导电性
（2）孔塞
轰鸣声。
塑
良好，能保护焊点，使其不生锈并
整个白车身有几千个孔，除了
汽车旁路密封用的材料一般有
化
密封钣金件焊接边间的缝隙。
安装孔之外，还有焊接定位孔、避海绵、膨胀胶片和三维预成型膨胀
涂装用胶主要有焊缝密封胶、让孔、工艺孔、漏液孔和减重孔胶等。一般中、低端车型基本用海
大弧度变化的钣金件的焊接面上，处用的孔塞一般为铁孔塞或耐高温料件可根据安装部位的空腔断面尺
往往会形成较大焊缝，使用点焊密的橡胶孔塞。
寸进行设计），周圈安装的膨胀胶
封胶不能保证焊缝的完全密封，且
对一些暴露在车身外部的孔位能高温膨胀，该件一般设计有一个
车身进行电泳时，电泳液容易对较也要注意进行密封。若密封不好，安装卡扣，可以直接固定到车身钣
（3）空腔旁路密封
振胶和点焊密封胶等。其中，折边粘接前、后挡玻璃和侧窗玻璃等，
空腔旁路密封是对车身空腔
胶主要用于外板与内板的包边部位并起到密封周圈的作用。
（如侧围立柱空腔、门槛下边梁空
（外板件主要通过包边来实现和内
SRV成品车已基本采用上述胶腔等）进行堵塞密封，防止在汽车
板的连接），主要作用为密封及增种，改善了车身的密封性。部分涂高速行驶时气流进入空腔，在空腔
加钣金件间的粘接力；隔振胶主要胶部位的断面示意图如图2所示。
中形成高速气流撞击薄板件产生的
用在与外板配合的加强梁（板）的
涂胶槽内，经过涂装电泳工序后，
隔振胶在有限的空间内受热膨胀，
汽
使外板与加强梁通过膨胀后的胶连
接，以增加外板的刚性，从而减弱
车
外板件的振动；点焊密封胶用于两

车身结构振动噪声特性分析与优化

车身结构振动噪声特性分析与优化摘要：驾驶室噪声对车内乘员的乘坐舒适性和身体健康产生直接的影响，汽车的 NVH 水平是整车设计与制造品质的重要体现，直接关系到汽车的市场竞争力。

结合某试生产阶段非承载式车身的怠速振动噪声问题，对车身整车结构进行噪声特性分析与优化。

关键词：车身结构；振动噪声；优化1.引言驾驶室内的振动噪声水平是车内乘员能直接感受到的汽车品质之一，对乘员的心理和生理产生重要的影响，恶劣的振动噪声水平容易导致疲劳和不适，甚至引发交通事故。

汽车的 NVH 水平关系到汽车的市场竞争力。

车身主要由板件焊接而成，板件结构在振动激励下的辐射噪声是车内低频噪声的主要来源。

利用车身模态分析，找出驾驶室结构中的薄弱处进行优化；或者针对板块辐射噪声大的区域进行局部刚度增强以及阻尼涂贴都是抑制车身低频噪声的有效方法。

整车开发流程中，经过方案设计、概念设计、工程设计以及样车试制阶段之后，就进入投产准备阶段。

汽车开发的各个阶段，NVH 性能开发与验证贯穿其中。

从设计到生产过程中，产品的结构往往会发生变化，使得 NVH目标与预期不相符的情况。

因此，驾驶室的减振降噪需根据汽车特定的生产阶段，综合考虑整车轻量化、碰撞安全性及成本等要求，采取合适的方案进行结构修改。

2.汽车振动噪声的传递与控制2.1车内噪声产生机理车内噪声是指经各种途径传入驾驶室及驾驶室内部产生的噪声。

主要的噪声源包括发动机噪声、轮胎噪声、进气噪声以及排气噪声等。

在理想状态下这些噪声源所占的车内噪声比例分别为 40%、35%、13%和12%。

传动系统的噪声也在车内噪声中占有一定比重。

在车辆不同的工况下，汽车车内主要噪声的类型也有一定差异。

怠速状态下，以发动机噪声及车身结构的辐射噪声为主；行驶状态下，轮胎噪声、进排气噪声以及风噪等噪声的比重随着车速的增加而迅速增加。

噪声源产生的噪声经汽车结构及空气两条途径传入驾驶室，形成驾驶室混响声场。

因此，通常将车内噪声分为结构噪声和空气传播噪声。

轿车NVH工程设计

车身的固有特性，由关键模态的振普拉斯变换，得到系统以复数s为变的激励频率。
型设计阻尼材料的粘贴位置，由噪量的象函数方程，见式（2）。
e.模态分析软件：建立结构模
声源的特征频率及使用温度设计材
F(s)= [ ms2+cs+k ] X(s)（2）型、模态参数识别、生成振型动
号,m/s2；t为时间，s；c为结构阻
c.加速度传感器：用于采集车身
阻尼降噪方法的实施过程（见尼；k为结构刚度，N/m。
振动信号。
图1）是：在流程图上，从制振开
设单自由度的线性弹性系统的
d.力锤：产生车身振动的激励信
始，由白车身的实验模态分析得到初始状态为零，对式（1）两边作拉号，可选择不同的锤头以适应不同
（1）热熔型用于振幅的峰值处理，可
选择自由层结构或约束层结构。用于侧围或顶盖时，还应加入磁性材料和涂胶，以帮助固定位置。
（2）加强型这类材料主要用于加强车
身的局部刚度。（3）复合型用于各类噪声交织共存的地
方，复合型阻尼材料的性能包括隔声、减振和吸声等。
（4）发泡型一般用于车身空腔和孔洞处噪
阻尼材料一般有3种工作状态，即玻璃态、转变态和橡胶态。其中，抑制振动的最好状态是转变态，在转变态，阻尼材料具有粘弹性，粘性与弹性的共同作用，可消耗振动能量。而其他两个状态阻尼耗能效果是不好的。调整阻尼材料的组成，使其在工作环境下处于转变态，有较高的粘弹性，就能发挥材料的最佳性能。温度和频率对材料的阻尼性能具有重要影响。
d2x dx f(t)= m + c + kx （1）
dt2 dt
场采集信号，是分析软件的接口。 b.滤波积分放大器：对传感器

汽车减震系统的优化设计

汽车减震系统的优化设计随着汽车产业的不断发展和进步，汽车的安全性和舒适性成为了人们购买车辆时的重要考虑因素之一。

而汽车减震系统作为保证车辆行驶平稳性和提升车辆舒适性的重要组成部分，其设计与优化变得尤为重要。

首先，汽车减震系统的主要作用是吸收和减少车辆行驶过程中的震动和冲击力。

如果汽车的减震系统设计不合理或者性能较差，车辆在行驶过程中将很容易出现颠簸、摇晃等不稳定情况，给驾驶者带来不良影响，并且对车辆及其零部件的寿命也会带来一定的影响。

为了更好地解决这一问题，要从减少震动和提升稳定性两个方面入手。

首先，设计减震系统时要考虑到车辆在不同路况下的行驶情况。

不同路况下的行驶速度和路面状况对减震系统的工作有着不同的要求。

在城市道路上，由于路面相对平整，车辆行驶速度较低，因此减震系统需要具备较好的舒适性和隔振能力；而在高速公路上，车辆行驶速度较快，对减震系统的稳定性和悬架控制能力有较高要求。

因此，在设计减震系统时，需要根据不同的路况和行驶状态，合理配置减震器的参数，以满足车辆在各种路况下的工作要求。

其次，减震系统的优化设计还需要兼顾车辆的操控性和路面粘着力的最佳组合。

现代汽车普遍采用独立悬挂结构，其悬挂系统包括减震器、弹簧等组件。

在设计减震器时，需要考虑到车辆的操控性要求，减震器的刚度和阻尼特性要与车辆的底盘刚度和质量相匹配，以保证车辆的悬挂系统在行驶过程中能够提供适当的支撑力和位移控制能力。

同时，减震器的调节范围也需要足够大，以适应不同行驶状态下的工作要求。

除了上述基本设计要求外，汽车减震系统的优化设计还应考虑到制造成本和能源消耗等因素。

对于高端豪华车型，为了追求更高的舒适性和性能，可以采用更复杂的减震系统，如电子减震系统等；而对于普通家用车型，则可以根据车辆类型和价位合理选择减震系统的参数配置。

综上所述，汽车减震系统的优化设计是提高车辆行驶平稳性和舒适性的重要一环。

合理配置减震器的参数、考虑车辆的操控性和路面粘着力的最佳组合，以及综合考虑制造成本和能源消耗等因素，都是优化设计的核心内容。

大型客车车身的阻尼减振降噪技术研究

２．ＬｏｇｉｓｔｉｃｓＧｒｏｕｐ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇ１５０００１Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｏｕｎｄａｒｙｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｏｕｎｄｉｅｆｌｄｏｆｃａｒｒｏｏｍａｎｄｔｈｅｓｏｕｎｄｃｏｎｔｉｂｒｕｔｉｏｎｏｆｂｏｄｙｓｅｇｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙｗｈｉｃｈｔｈｅｐｅａｋｏｆｓｏｕｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｈｅｃａｒｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓａｎｄｔｈｅｂｏｄｙｓｅｇｍｅｎｔｔｏｗｈｉｃｈｔｈｅｎｏｉｓｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｔｈｅｐｅａｋｃｏｍｐｏｎｅｎｔｃｏｒｅｓｐｏｎｄｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｏｆｔｈｅｂｕｓｂｏｄｙａｎｄｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｂｏｄｙｄｅｓｉｇｎ，ｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄａｍｐｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｃｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｃｏｎｓｉｄｅｉｎｒｇｔｈｅｓｏｕｎｄｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｍｏｄｌａｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｌｏｓｓｆａｃｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄａｍｐｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅ１．Ｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｏｎｔｈｅｂｕｓｂｏｄｙｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｄａｍｐｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｕｎｄｉｆｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｏｕｎｄｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｄａｍｐｉｎｇｓｔｕｃｒｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

“阻尼材料”在减振降噪方面的应用——医院设计(十一)

“阻尼材料”在减振降噪方面的应用——医院设计（十一）随着现代工业的持续发展，产生剧烈振动的工具和大功率机械不断增多，各种机械设备在运转及工作过程中带来的振动危害也日益严重。

为了减少这类振动和噪声给人们的生活和工作带来影响，使用阻尼材料进行减振降噪成为了解决上述问题有效的手段之一。

那阻尼材料是一种什么材料？这个需要先从阻尼说起。

什么是阻尼？指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。

从减振角度看，就是将机械振动的能量转变成热量和其他可消耗的能量，从而达到减振的目的。

< 阻尼示意图>而在振动物体产生高的共振振幅前，先将一部分振动能在自身中消耗，以达到减少振幅、降低振幅为目的的材料，我们统称为阻尼材料。

在市面上，其种类繁多，概括起来可分为以下几种：1、黏弹性阻尼材料（即高聚物阻尼材料）2、复合阻尼材料3、陶瓷类耐高温阻尼材料4、智能型阻尼材料因不同阻尼材料的阻尼性能相差极大，大多数结构材料如金属材料的损耗因子较小，高聚物黏弹材料的损耗因子则较大。

< 高分子阻尼材料：Soundbox隔声毡>其中，高聚物阻尼材料作为一类新的功能材料，其阻尼性能比高阻尼合金要高出1-2个数量级。

具有一定优势的阻尼性能，已广泛应用于民用建筑、尖端武器装备、航天飞行器、航海、环境保护等各个方面。

那高聚物阻尼材料到底是一种怎样的材料，有什么作用？主要用在哪里？什么是高聚物阻尼材料？高聚物阻尼材料是以高分子量的聚合物制成的一种高分子阻尼材料，也可以说聚合度很高的聚合物是高分子，属于功能性阻尼材料。

< 高聚合物是高分子，高分子不局限于聚合物>它是一种具有吸声、隔热、防振等功能，多用在使用温度、使用频率下有较大内耗峰的材料。

如聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂、丁基橡胶及丁腈橡胶等。

按使用方法可分喷涂型、自粘型和胶片型3种：1.喷涂型可直接通过喷涂或辊涂、刮涂的方式附着在结构基材表面上，如水性阻尼涂料；2.自粘型阻尼材料可直接粘在结构件表面；3.胶片型则用作垫片或用热压、涂施胶黏剂等方法粘接。

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计郑玲;唐重才;韩志明;房占鹏【摘要】针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射，建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型，分析了该乘用车车身的声固耦合特性。

通过对车身各板件的贡献度分析，确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。

针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计，建立了拓扑优化模型，采用渐进优化算法（ESO），计算了阻尼材料的优化布局。

研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高，50％的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果，阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。

%The vehicle interior noise reduction was focused.The acoustic-structure property was analyzed based on white body,acoustic and acoustic-structure FEM models.Those body panels contributing most to interior noise were determined according to acoustic contribution analysis.To reduce the vibration and noise radiation,an optimization topology model was developed and Evolutionary Structural Optimization (ESO)method was introduced to obtain the optimal topology configuration of damping material.The results show that the optimal topology configuration can highly improve the efficiency of damping material.The noise reduction measure which requires 100% damping material coverage in the original design can be achieved by the use of 50% damping material coverage.The optimization design for damping structure supplies theoretical support to the vehicle interior noise reduction.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】6页(P42-47)【关键词】阻尼;渐进优化;贡献度;车内噪声;拓扑优化【作者】郑玲;唐重才;韩志明;房占鹏【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400044;重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400044;重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044;重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3随着我国汽车工业的发展，车内噪声问题已成为衡量汽车品质好坏的重要标志之一。

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４７
［９］郑玲，谢熔炉，王ห้องสมุดไป่ตู้ ，等．基于优化准则的约束阻尼材料优化配置［Ｊ］．振动与冲击，２０１０，２９（１１）：１５６—１５９．ＺＨＥＮＧＬｉｎｇ，ＸＩＥＲｏｎｇ－ｌｕ，ＷＡＮＧＹｉ，ｅｔ１．Ｏａｐｔｉｍａｌ
（４）计算目标函数对设计变量的灵敏度；（５）删除灵敏度较大的阻尼单元；（６）判断是否满足体积约束条件，如果不满足则返回步骤 ② ，如果满足则停止迭代，输出阻尼材料拓扑
优化构形。
ＦｉｎｄＸ＝｛
Ｍａ叼
卢： … 卢）Ｔ
（１ｏ）
（１）建立车身和前地板上覆盖阻尼材料的有限元
Ｍ
模型的有限元分析模型；
（２）设定每次循环删除的单元数量；
ｓ．ｔ．Ｖ＝∑ ≤Ｖ，
ｉ＝ｌ
利用渐进优化算法优化阻尼材料布局的基本思想就是通过不断删除灵敏度低的单元，使阻尼材料用量在一定的体积约束条件下，获得模态损耗因子最大的
拓扑构型。其基本步骤如下：
材料的体积为约束条件，建立阻尼材料渐进优化算法数学模型：
根据模态应变能法，结构第Ｋ阶模态损耗因子为：
＝叼ｄ（１１）
Ｊ分网格，建立阻尼车身有限元模型
式中：７／为阻尼材料的损耗因子，取值为０．７７，Ｅ为第阶阻尼层的模态应变能；Ｅ为第Ｋ阶整个结构的模
色网格部分为阻尼材料。利用上述优化方法，优化后
叩ｄ — — ‘ １１Ｉ￣Ｅ一
ｓｋ
（１８）
阻尼材料布局见图１２。
，ｋ
第９期南理工大学，２０１１．
郑玲等：车身结构阻尼材料减振降噪优化设计
ｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｄａｍｐｉｎｇｍａｔｅｉｒａｌｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂａｓｅｄ
数，为设计变量。为单元的约束阻尼材料的体积， ’ 是约束阻尼材料的体积约束，其值为删除５０％的阻尼材料。这里Ｋ选取７５Ｈｚ对应的固有频率
阶数。３．２灵敏度计算
其计算流程图见图１０。
第９期
郑玲等：车身结构阻尼材料减振降噪优化设计
４５
３车身阻尼减振降噪优化设计
３．１优化模型
定义为结构第阶模态损耗因子对阻尼单元
的灵敏度。
３．３渐进优化算法流程
以车身模态损耗因子最大化为优化目标，以阻尼
其中：Ｅ为第阶模态中第个阻尼材料单元的应
变能。
３．４优化结果及分析
根据壁板贡献度分析结果，车身前地板对车内噪
声贡献度最大，因此对车身前地板敷设阻尼材料。利
将式（１５）、式（１６）、式（１７）代入式（１４）得：
用ＡＰＤＬ语言编写拓扑优化程序，在配置为３２核、内存
ＡＴ／ｋ（警一
令
Ｏｒ＝叩，Ｅ
一
２８Ｇ的工作站上进行优化分析，经过约１０ｍｉｎ后获得Ｅｄｋｉ（、Ｅｄｋ－１）（１７１拓扑结果。图１１是敷设了阻尼材料的前地板，其中白
态应变能；叼为阻尼材料的损耗因子。优化过程中阻尼材料的厚度不变，当结构中第个
设定每次循环删除的单元数量１
模态分析，提取模态应变能卜＿
单元被删除时，第Ｋ阶模态损耗因子的变化量为：
（爱一爱）
即
Ｉ灵敏度分析ＩＩ
删除灵敏度较大的单元
ＡＴｈ（一警）
当删除单元较少时，
Ｅ＝ＥＡＥＡＥ一Ｅ一Ｅ捌
（１３
否
式中：Ｅ为单元删除后阻尼层模态应变能，Ｅ为单元删除后整个结构的模态应变能。ＡＥ为阻尼层模态应
变能变化量，ＡＥ为整个结构模态应变能变化量。
（１４）（１５）（１６）
＼／
＼秉条件已／
是ｌ
结束循环，输出拓扑构形ｌ
图１０拓扑优化流程图
Ｆｉｇ．１０Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｌｆｏｗｃｈａｒｔ
＝｛０，１
（３）对车身模型进行模态分析，计算阻尼单元和
整个结构每阶模态对应的模态应变能；
式中：７７为约束阻尼结构的损耗因子，叼为ｋ阶模态损耗因子，为ｋ阶模态损耗因子加权系数，ｍ为阶次