2013年联合国欧洲经济委员会将确定加速行驶车外噪声法规ECE R51 / 03系列的限值,中国特有的轻型车辆即将面临较为严峻的挑战。主要原因是中国与欧洲轻型车辆存在典型差异,而欧洲在数据收集过程并未充分考虑中国特有的轻型车辆。对国内车辆大量的验证试验表明了中国典型轻型车辆噪声水平与轿车存在的差异,提出了适合中国国情的限值划分方案,并指出国内企业应借鉴日本经验,尽快介入欧盟法规制订过程,消除技术壁垒。
与动态载荷识别的频域方法相比,时域方法不仅适用于线性系统,还适用于非线性系统以及能有效处理瞬态冲击激励的识别问题,近年来时域方法愈发受到学者们的关注。目前广泛应用的几种时域方法主要有—反卷积法、计权加速度法、函数逼近法、卡尔曼滤波器和递归最小二乘法、逆系统法以及新兴的智能方法等等。在对各方法研究现状的概述与总结中,分析了各自的优缺点。从研究对象、研究方法、应用领域三方面分析,非线性系统、线性时变系统将成为分析研究的重点。结论显示,与现代智能算法相结合的逆系统方法将成为新的研究热点,将其相应的载荷识别方法应用于机械设备的故障诊断也将成为今后发展的新趋势。
研究矩形平板的远场声压级,建立简支边界矩形障板和滑移边界矩形障板模型。采用傅里叶变换获得远场声压级,分析点激励载荷和线激励载荷作用下远场声压级的变化规律,并讨论激励载荷位置以及结构物理特性参数对远场声压级的影响。结果表明,远场声压随着激励载荷靠近边缘而减小,相对于简支边界而言,滑移边界能增强远场声压级。随着损耗因子、板厚的增大,将减小整个频率段内的远场声压级。另外,板密度对远场声压级的影响在低频段和高频段也呈现不同的变化规律。通过声压级变化规律的分析研究,能为声学元件设计和噪声控制机理的分析提供一定的依据。
工况传递路径分析法(OTPA)是一种有效振动传递路径的在线测量方法,测试中用振源处的振动加速度或噪声表征振源,用振动传递率表示传递路径,相对于传统传递路径分析(TPA),不需要测量激励力和力到响应的传递函数(FRF),测试过程得到简化,并可以在线测量。在推导分析工况传递路径的基本原理的基础上,分析其误差原因。并以一汽车振动噪声分析为例,介绍工况传递路径分析法的基本实施步骤,通过传递路径综合分析得出噪声源排序,并由此提出减振降噪措施建议。
为降低舱壁振动对圆柱壳舱段声振性能的影响,对舱壁展开结构声学设计,并采用阻尼减振理论措施。在舱壁表面敷设阻尼材料以减小结构振动响应;利用阻抗失配原理,在舱壁根部与壳体连接处添加贴板支撑垫以增大振动波传递损失。采用FEM/BEM法对改进舱壁前后舱段的声振性能进行数值计算,分析舱壁的振动控制效果。结果表明:舱壁敷设阻尼材料和添加贴板支撑垫不仅可有效降低舱段振动和声辐射,也进一步地隔离振动波向舱段壳体的传递,是一种较好的减振降噪措施。
为降低某支架有限元建模的参数设置误差。根据有限元模态和实验模态结果,建立模态频率残差向量。应用灵敏度分析法,从结构12个设计参数中选取了3个弹性模量和3个密度参数作为修正量。以模态频率残差向量和参数修正量构建目标函数,并采用优化算法行求解。修正后的有限元模态与实验模态具有高度的一致性,表明修正后的支架有限元模型能够准确地反映结构特性,同时也验证设计参数修正方法的有效性和可行性。
当轮对质心存在径向偏离时,会引发周期性粘着系数的变化,与剧烈的自激扭转振动,从而直接导致轮对产生纵向振动。轮对纵向振动与轮轨黏—滑振动相互耦合,破坏了机车稳定动力学性能。通过某新型机车的建模和数值仿真,计算和分析在不同的质心偏离和速度下,构架、轮对的纵向振动频率与车体垂向共振频率。并计算轮对粘着系数变化规律,分析机车垂向平稳性恶化的机理。结果表明当轮对存在径向偏心时,轮轨蠕滑力饱和产生动力学耦合,引起轮对的扭转振动和纵向振动,由此将通过构架与牵引装置的传递而恶化机车垂向平稳性。
为实施不确定性斜拉索非线性随机振动的最优控制,建立受控拉索的横向非线性运动方程,运用伽辽金法推导多模态耦合的振动方程。同时,考虑系统的不确定参数,建立不确定性系统的随机最优控制问题。随后,应用随机平均法、微分对策理论与动态规划方法确定HJI方程并得到极大极小控制律,最后通过数值结果说明该最优控制对于斜拉索非线性随机振动能够达到较好控制效果。
在Dirlik模型的基础之上,结合一般尺度法(General scaling law)提出适用于平稳宽带随机过程的疲劳强化系数模型。一般尺度法认为结构在原始载荷和强化后载荷下的应力响应功率谱各阶谱矩成简单的线性关系;与Dirlik宽带疲劳损伤模型结合,便得到适用于平稳宽带随机过程的疲劳强化系数模型。为了验证模型的有效性,分别在原始加速度功率谱和经一般尺度法强化后的加速度功率谱载荷下;对悬臂梁采用雨流计数(Rainflow counting)和Miner损伤准则进行疲劳寿命预测,得到它们的疲劳强化系数,并与疲劳强化系数模型得到的疲劳强化系数进行对比。结果表明:提出的疲劳强化系数模型精度为99.7 %,由此可验证疲劳强化系数模型的有效性。
对某直升机桅杆式稳瞄具振动环境进行实际测试,设计体积重量与真实稳瞄具完全相同的模拟件和测试设备(IMU)。分别进行25 m悬停和160 km/h前飞条件下的测试飞行,测试结果表明25 m悬停状态下,振动最小;随着前飞速度增加,振动加剧;测试结果还表明振动环境中不但存在线振动,而且也存在角扰动。测试结果对稳瞄具的前期设计和地面试验提供准确的原始输入数据。
为了降低制动器制动过程中产生的高频振动,通过对盘式制动器振动进行动力学建模,采用AFC(Active Force Control)控制理论与PID控制理论相结合,构造出有效的振动控制参数和AFC控制器。利用MATLAB /Simulink仿真平台,对AFC与PID联合控制下的制动器振动进行仿真,并与自由状态下的制动器振动进行对比分析。通过分析得到[α≤0.022]的情况下PID与AFC联合控制下制动盘在2 s左右振幅趋于稳定,制动盘振动幅值从[1×10-3 m]降低到[1×10-6 m]左右;而当[α>0.022]时AFC与PID联合控制会增大制动盘振动幅值。通过这种主动控制方法的研究为降低盘式制动器高频振动,进而降低高频振动引起的噪声,提高汽车NVH性能提供了依据。
钻井过程中,钻柱的横-扭耦合振动是钻井作业工程中无法避免的一种运动形态,也是产生钻柱故障和系统噪声的原因之一。针对实际钻井过程中,钻柱在井下的受力情况复杂,提出采用了一种简化假设方法,对局部坐标系中空间钻柱单元与间隙元进行分析,推导出钻柱横—扭耦合振动的动力学矩阵和钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动规律,从而取得了钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动特性,对于钻井过程中振动和噪声的控制与故障排除也提供了有价值的参考。
在风洞测力试验中,尾部支撑是一种广泛采用的模型安装方式。以该方式安装的风洞测力模型中,总体呈现低刚度特性。在试验进入大攻角状态时,低频气流脉动压力极易引起模型低频大幅俯仰振动,导致测试精度降低,甚至以疲劳方式破坏试验设备。针对一种采用尾部支撑方式的跨声速风洞测力模型,建立其有限元模型,结合模态截断及平衡降阶两种方法,对高维有限元模型进行降阶;基于低维的降阶模型及柔性结构的特点,采用简化的混合灵敏度优化方法,实现对测试中模型低频俯仰振动的主动抑制。仿真分析表明该主动减振方案有效且易于实现,对于大型复杂结构具有重要的实用价值。
针对工程中常见的动力装置隔振问题,建立复合激励下柔性基础斜置隔振系统动力学模型,推导系统传递特性矩阵及功率流传递函数。着重研究斜置隔振系统横向—横摇耦合振动特性,探讨解耦条件下的隔振效果。研究表明,合理配置支承结构参数可以实现横向、横摇振动解耦,显著降低系统的振动传递能量。
根据非线性力学和声学理论,建立轴承结构本身产生振动噪声的数学模型,分析轴承结构参数(径向游隙、沟道曲率半径、钢球个数)对轴承振动噪声的影响。研究表明:径向游隙对轴承振动噪声的影响最为显著,并呈现很好的线性关系。沟道曲率半径对振动噪声的影响复杂,它对轴承振动位移和速度最大幅值的影响各不相同,随着沟道曲率半径的增加,最大声压、最大声压级逐渐减小;从整体出发,在符合设计条件的前提下,减小钢球个数可以减小轴承的振动噪声。 x方向的振动噪声远大于y方向,由此,结构参数对x方向的振动噪声的影响更为显著。通过改变结构参数来减振降噪,比起传统方法简单、可行、有效,减少制造成本,为以后轴承减振降噪提供一种新的方向和一定的参考依据。
过临界转速下,影响球式自动平衡装置减振效果的因素很多。通过建立存在安装偏心距的球式自动平衡装置的数学模型,并依据现有的实验台确定仿真参数进行数值仿真,分析安装偏心距对球式自动平衡装置减振效果的影响。结果表明,安装偏心距越小,球式自动平衡装置的减振效果越好;一定范围内,提高转子的加工精度和安装精度,减小安装偏心距,球式自动平衡装置的减振效果改善明显;但过高的提高转子的加工精度和安装精度,球式自动平衡装置的减振效果改善不明显。分析结果对于球式自动平衡装置的有效减振有一定的应用价值。
以斜支承系统为研究对象,建立系统无量纲跌落冲击动力学方程。应用龙格—库塔数值分析方法,以系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及支承角或阻尼比为基本评价量,构建系统的二维跌落破损边界曲线和三维跌落破损边界曲面,讨论系统阻尼比、系统支承角以及系统特征参数等对跌落破损边界的影响。研究表明,系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及系统阻尼比对破损边界影响显著,系统存在最佳阻尼匹配,当系统阻尼比接近最佳匹配值时,系统对产品具有良好的保护性能,降低系统的特征参数或减小系统支承角可改善对产品保护性能。研究结论可为斜支承系统设计提供理论依据。
本文借助有限元和边界元的数值算法,针对特定的薄板结构,探讨敷设二维周期块状阻尼结构对薄板声辐射特性的影响。数值计算结果表明,在特定频段内,敷设二维周期块状阻尼结构的薄板辐射声能量要小于敷设传统等面积的整块自由阻尼结构。同时,适当增加阻尼敷设面积及块状阻尼的结构周期数能有效降低薄板声辐射。
由于轮胎与路面之间的相互作用包含非线性和随机过程的特点,使得技术上难以确定轮心的载荷。采用坐标转换矩阵将车轮上三自由度平动力转换到六自由度轮心力,运用试验方法进而确定六自由度轮心力的数值估计,通过对后座噪声测量与合成结果的对比验证了估计方法的有效性。基于六自由度轮心力,进行噪声传递路径分析,揭示了轮心力矩对车内噪声的作用。
以深圳市高速公路、城市快速路、城市主干道等三类较高等级城市道路交通噪声为研究对象,对《环境影响评价技术导则 声环境》(HJ 2.4-2009)中推荐的道路交通噪声预测模式分别采用预测车速、实际车速、设计车速等三种不同车速取值方法,进行模式预测与实测结果的对比研究,验证分析不同车速取值方法下模式预测结果的准确性。研究结果可为HJ 2.4-2009导则中道路交通噪声预测模式的应用提供参考。
考察汽车传动轴振动特性的指标为1阶约束模态的频率。由此,某商用车传动轴在设计阶段进行模态仿真分析,虽然满足了设计要求,但在整车验证阶段却出现共振,产生了车内共鸣音。针对该问题,改进传动轴模态分析方法,并对传动轴结构进行优化设计,消除共振模态。通过主观评价和噪声测试证实效果良好。
采用三维有限元法对某车型排气消声器进行优化设计,根据传递导纳理论对消声器穿孔管和穿孔板进行处理,建立数值模型并进行三维声场仿真分析,获得主副消声器总成的传递损失;运用双负载四传声器法测试消声器传递损失,测试结果表明三维有限元法预测消声器声学性能有较高的精度,根据仿真结果和消声器设计原理,对主消声器进行优化,可提高排气系统声学性能,满足汽车噪声排放法规的要求。
在构建的汽车水泵总成半消声室噪声测试系统中,针对汽车水泵的工作噪声特性,确立了企业水泵总成噪声测试规范,用于评价汽车水泵总成件的噪声性能。测试表明:正常水泵工作噪声声压谱在400 Hz~10 kHz范围内呈现高低两个单频峰值结构噪声源,高转速下水泵主要噪声源为宽频涡流噪声。转速和防冻液温度对工作噪声影响较大,低速、高温工况下的工作噪声应为水泵噪声主要质量控制点。水泵工作噪声合格性评判除包括稳态工作转速下测量表面总声功率和声功率谱外,还需控制其提速过程中的总声功率,以防止结构共振噪声。
油底壳表面辐射噪声占发动机总辐射噪声的24 %左右,已成为降低发动机噪声的重要制约因素。为了降低某油底壳的辐射噪声,通过有限元模型,计算其约束模态,找出油底壳的薄弱位置;进而施加由试验测得的激励,计算油底壳的表面振动加速度。在此基础上,采用边界元法对其进行辐射噪声总声功率级的计算;根据计算结果,对该油底壳进行结构优化,并预测结构优化后的辐射噪声水平。通过优化前后的对比表明:结构优化后约束模态频率有很大的提高,振型也有明显变化,总声功率级降低了1.83 dB (A)。
由于直线电机地铁车辆电机悬挂具有特殊的结构形式,因此其振动特性也具有不同于传统电机悬挂车辆的特点。为了研究直线电机地铁车辆的振动特性,从结构上分析直线电机的定位方式,并对其振动特性进行分析,然后分别研究在未计直线电机法向力的情况下直线电机悬挂结构对转向架振动特性、轮轨相互作用及轮轨激励传递特性的影响。研究结果表明:直线电机的垂向振动和横向振动存在一定程度的耦合,且直线电机定位结构对转向架的振动和轮轨关系都具有极大的影响。
利用Matlab仿真生成各种等级随机路面激励对二自由度履带车辆模型所产生的振动响应,并进行平顺性影响的分析。其间,设计了基于离散傅里叶逆变换生成路面不平度的方法,并对仿真生成的B级和D级路面与标准功率谱进行了对比验证。构建了二自由度车辆模型,利用Simulink软件建立了系统仿真模型,在不同车速、不同路面等级输入下对履带车辆平顺性影响进行了分析。结果表明,路面变差和提高车速都将降低车辆的行驶平顺性。
根据7条珠江新城主要道路的交通流实测数据,结合标准ISO 9613-2噪声计算模型,采用不同的道路分割精度模拟出整个珠江新城的交通噪声分布,以分析不同道路分割精度对交通噪声模拟的影响。另外,在珠江新城选取8个地点进行噪声值实地采集,以评估噪声模拟值与实测值的误差。结果表明,以接收点为中心,扫描角度不大于5度的道路分割方式对交通噪声模拟效果较好。
道路交通噪声源强的预测是道路交通噪声预测的关键。由于车辆状况、道路状况等在我国具有不同的特点;因而在采用国外道路交通噪声源强模型时将导致准确性降低。建立源强模型通常采用的实验方法对场地要求严格,样本数量需求巨大,不易获得本地模型。基于标准实验情况建立的模型不一定适用于复杂的城市交通流。为此,提出一种简单快速建立符合本地城市交通特点模型的方法,该方法以实测交通流数据计算观测点噪声,通过优化算法求解最优参数,确定本地化源强模型。该方法利用多辆车共同作用得到的等效声级,反演得到单车模型,既包含了丰富的样本,又节省测量时间。以北京选取道路的实践为例,建立模型并验证,结果表明本方法快速易行,准确性高。
居民楼内由水泵房、配电房以及中央空调等设施引起的结构传声问题,越来越受到人们关注。由此,以配电房为例,对声源处结构传声、空气传声、孔洞衍射声三种传播途径的声功率进行了预测,并对结构传声治理提出了隔振设计方案,通过对各设计参数与材料的优化与比选,使结构传声部分的噪声量降低14~20 dB。治理的方案有一定的参考价值。
将统计数据驱动方法应用于冲击声的固有结构建模,研究了单个冲击信号及冲击声组的时域和频域特征提取方法,并将所提特征用于圆柱壳冲击声和公路空洞检测冲击声分类,获得了良好效果,证实了该方法用于冲击声目标分类的有效程度。
针对汽车传动轴故障振动信号的循环平稳特性和现实条件下难以获得大量故障样本的实际情况,提出一种2阶循环谱和支持向量机相结合的故障诊断方法。通过实车传动轴附加不同数量的平衡片来模拟不同程度的传动轴不平衡故障,然后采用2阶循环谱对传动轴的振动信号进行分析,通过扫描循环频率域的方法分离信号调制源提取传动轴转频半频处的循环频谱幅值。分析发现该循环谱幅值随着传动轴故障程度的增加明显增大,故将其作为支持向量机的输入特征向量,以判断传动轴故障。试验结果表明:该方法在小样本的情况下能精确的诊断传动轴故障。
针对车辆(轮式车、履带式车)引起的地震动信号中,具有非平稳、非高斯性特征相互重叠的实际情况,研究了地面活动目标产生的地震动信号特性;从理论上说明了1(1/2)维谱可消除车辆引起的地震动信号中的高斯白噪声或有色噪声,在将[112]维谱分析和小波包能量谱相结合的基础上,提出一种特征提取方法,以便区分不同的车辆目标。在时频域构建以[112]维谱和小波包能量谱作为地震动信号的联合特征向量,建立以训练误差为目标的BP神经网络模式分类器;然后对两类车辆信号进行识别。地震动信号的车辆实测数据表明,该方法能够准确和有效地识别车辆引起的地震动信号。
对汽车起动机停机过程进行了检测,并对其同时分别对驱动齿轮的转速和起动机噪声进行试验分析。采用阶次分析方法对测量结果进行处理,得到异常噪声的特征分量以及对应的阶次。进一步分析被测起动机的具体结构,取得出被测起动机停机过程的异常噪声与其电枢槽数密切相关的结论。分析结果表明阶次等于与电枢槽数与减速比乘积的特征分量相同时;对起动机停机阶段异常噪声影响最大。其结论为减少或消除起动机工作异常噪声提供了理论依据,并提出了恰当的操作方法的建议。
为了有效地从复杂的单一通道噪声信号中分离和识别柴油机的噪声源,采用经验模态分解(EMD)和基于峭度的鲁棒性独立分量分析(RobustICA)相结合的方法,将EMD分解后的本征模态函数与原噪声信号作为RobustICA的输入,借助RobustICA良好的抗噪性,不需要对观测信号进行滤波处理就可以实现单一通道观测信号的源分量分离。模拟仿真的结果充分说明了该方法的可行性。应用于某四缸柴油机噪声信号分析,对分离出的独立分量进行小波(CWT)时频分析,结合内燃机的特性,从单一通道噪声信号中准确识别出柴油机的燃烧噪声和活塞敲击噪声。
惯性参数是进行驾驶室悬置系统设计的重要参数。传统的惯性参数测试方法不仅实际操作复杂,而且难以保证测试的精度。根据驾驶室的结构特征,结合模态理论与惯性参数的关系,提出基于剩余导纳和频响函数的惯性参数辨识方法。分析了影响惯性参数辨识的因素,并就如何提高辨识精度提出解决方法。最后,通过模态试验得到驾驶室的频响函数曲线,并选择合适频段计算其惯性参数。结果表明,质心位置、主惯性轴方向符合驾驶室结构特点,转动惯量值数据可靠。
针对超高速旋转划片刀实际工作时存在的切削噪声问题,用INV 3018 G型振动与控制分析仪器对其切削晶圆的划片刀结构进行实验分析,利用改变划片刀工艺凹槽角度α的数值,得出不同角度对应转速的频谱图,并应用统计数据图表的方法,整理分析得到角度和频谱峰值的变化曲线图,确定工艺凹槽角度α对其结构的影响,得出对应的峰值最小即产生的噪声较小。结果表明:不同工艺凹槽角度α对高速旋转划片刀结构的设计有一定意义。
针对传统压电式人工中耳输出增益较小、工作频带窄的问题,提出利用压电叠堆型压电振子激振砧骨体来补偿听力。为验证该方案的可行性,搭建由送声器、测声探管、压电振子及激光测振仪等构成的颞骨实验台,对振子动态特性、听骨链在声激励下及压电振子激振下的动态特性进行了测量。通过对比分析镫骨在两种激励下的运动情况,研究压电振子的听力补偿情况。结果显示,该砧骨激励式压电振子在低功耗、低电压下,便能对听力损伤进行有效补偿。此外,该压电振子听力补偿时还具有高频性能优异的特点,一方面在同等驱动电压下,高频补偿能力更强,能激起高达130 dB鼓膜声激励对应的运动幅度;另一方面,对高频段听力补偿时,具有较高的清晰度。
为深入研究多孔金属材料的声学性能,基于双传声器传递函数法设计一套多孔金属材料吸声性能测试系统,并详细介绍了整个测试系统的设计过程,给出具体的设计参数。在此基础上,搭建实际多孔金属材料阻抗管测试系统,并通过对标准多孔金属试样进行对比测试验证测试系统的可行性和稳定性;最后,对测试系统误差来源及误差修正方法也进行进一步分析和讨论。研究结果将为后续极端环境下多孔金属的系列研究奠定基础。
为有效测量内饰材料在实际汽车中的平均吸声系数,准确评价分析车内声学性能,提出基于赛宾原理的车内平均吸声系数现场测量方法以及详细的测量计算流程。针对某轿车的测量试验结果表明:该方法有效可行;1 250 Hz以上频段,该轿车的车内平均吸声系数基本保持稳定,约为0.33。研究结果为车内平均吸声系数的现场测量提供有效方法,为轿车内饰声学性能的评价分析提供依据。
基于一阶剪切形变理论(FSDT),建立四边简支矩形复合层合板水下声辐射解析模型,采用一种基于定积分的方法计算板表面流载声压,以提高辐射声阻抗的运算效率。为验证算法的正确性,将所得结果与数值计算方法进行了对比。1阶剪切形变理论计算结果也与经典层合板理论(CLPT)的计算结果进行了比较,指出其在计算复合层合板声辐射时的优势。最后分析了跨厚比,铺层角度等参数对声辐射的影响,为结构噪声控制提供参考。
为降低制氧机的运行噪声,在对制氧机的壳体振动和辐射噪声测试分析后,发现主要的噪声源是壳体振动和空气压缩泵工作噪声。根据制氧机结构振动的传递路径,在空气压缩泵和底板之间加装弹簧减振装置,同时在壳体内表面粘贴隔声吸声材料。试验结果表明,降噪措施能有效减小制氧机结构振动,降低工作噪声,降噪后制氧机工作状态噪声由51.9 dB(A)降低到44.3 dB(A)。
酒吧热泵机组风机通风量大,运行时产生高分贝、宽频的噪声。而且酒吧附近敏感点多,要在有限空间达到良好降噪效果具有相当难度。目前,国内多采用阻性或单节阻性—抗性消声器来治理出风口噪声,但治理效果不理想。结合工程实例,通过频谱分析及扩张消声理论,采用不同长度不同扩张比的三节扩张室串联(取代单节扩张室),结合阻性消声器,在有限空间内设计一种新型阻抗复合消声器,使热泵出风口噪声降低18 dB(A)左右。此消声器设计简单,经济合理,技术先进可靠,占用空间小,有较高的实用价值。