文摘
仪器面板组装是一个重要的结构保护传动系统噪声和前轮噪音,和仪表盘隔音系统起着关键作用。因此,隔音仪表盘隔音组件的特点显得尤为重要。在现有技术中,声学设计的仪表盘主要采用逆向设计方法和小关注远期声学系统的设计,往往会导致不准确等缺点声学设计和声学设计质量差。逆向设计也限制了开发周期,所以声学性能的控制和设计不能实现在设计的初始阶段。基于上述问题,指示板模型的统计能量模型相结合建立了统计能量流方法和代理模型方法,和不同声学覆盖层的影响,不同的厚度,泄漏,新材料超细纤维在前面围板的隔音参数模拟。一般规则,影响结构的隔声性能。在此基础上,多目标遗传算法和代理模型方法用于优化面板声学包的插入损耗和仪表板的重量通过引入多目标变量和实验设计方法,以获得最佳的解决方案来满足要求的插入损耗和轻量级声学包的仪表板。十分重要的工程意义的发展向前声组件设计的仪表盘。
1。介绍
随着汽车工业的快速发展,消费者不仅注重外表,操作,燃油经济性,和其他方面,还在司机和乘客舒适度。重要的因素导致可怜的安慰包括汽车噪声对人体有害。因此,它是非常重要的改善安慰通过有效的隔音。仪表盘的良好包装是一个非常重要的部分在整个车的隔音措施1]。前面板是分离重要组成部分引擎舱和船员舱。其隔音性能在很大程度上决定了发动机噪声的干扰程度的司机和乘客。这是进一步分析的前提下,评估和改善隔音性能精确设计的隔音性能系统和组件和找出主要薄弱环节通过合理、有效的方法。具有重要意义,提高汽车的声学性能。目前,现有的隔音测量方法可分为阻抗管法和实验法。阻抗管法将测试阻抗管中按照一定规范。基于传声器测量声压信号,流量计实验室方法是使用混响室和消声室。测试整个事情,隔声量测量方法可以考虑样本的结构特征的影响,包括混响室、混响室法、混响室,消声室法。混响室和混响室法将使用作为一种声音混响室的房间,另一个混响室接待室。 The tested pieces are placed in between the reverberation chambers, based on the microphone in the two reverberation rooms, respectively, to measure average sound pressure signal sound insulation quantity calculation. This method needs to build two reverberation chambers and the facilities of repeated redundancy and increases the cost. The reverberation room-anechoic room method takes the reverberation room as the sounding room and the anechoic room as the receiving room. Compared with the reverberation room-anechoic room method, the anechoic room in this combination can be used not only for sound insulation measurement, but also for other acoustic tests such as noise source identification. Therefore, it is widely used in engineering. The acoustical bag of the dash panel is made up of porous and large damping materials such as foam and felt. It consumes medium and high frequency noise energy with the friction between materials and achieves the purpose of sound absorption and sound insulation [2]。基于海(统计能量分析),针对面板的声学性能优化问题,基于统计能量和功率流方法k克里格代理模型方法,建立一个隔音系统仪表盘统计能量模型和优化模型,分析了不同材料所覆盖的区域,隔音材料厚度、漏孔和仪表盘上隔音性能的影响因素。目前的设计方法是提高;声的安排,而不是采用逆向设计方法,新的统计能量法和代理模型方法采用的声学系统设计工具面板,具有一定的创新意义。仪表盘统计能源模型、混响室模型,和消声室模型建立了预测和验证仪表板系统的声学性能,以及新材料的应用在仪表面板设计提出了。方面的应用新材料、新材料的厚度和表面密度作为独立变量,和声学包的隔音体积和重量作为因变量,和性能优化设计是由使用多目标遗传算法(3]。最后,仪表盘声学包的最优参数。它有意义的向前发展和仪表板系统的声学系统的成本控制。
2。海理论
海的本质的方法是将复杂的结构体系或声学系统划分为若干耦合的子系统,分析和研究子系统之间能量转移负荷下(4,5]。一个系统通常是由许多子系统。通过建立能量流方程的子系统,子系统的质量,要分析的频率范围,子系统之间的阻尼损耗因子和确定输入的能量系统。平均响应子系统的能量在相应的频率范围是通过解决能量流方程,并转换为所需的物理参数。建立了统计能量模型,提出了以下假设[6]:(1)子系统之间的耦合是线性的和保守的,不存在非保守的耦合。(2)研究了频率范围内,能源与共振频率之间传输子系统。(3)励磁系统的非相干随机激励,相互独立的,不连贯的模式,可以应用线性加法原理的能量。(4)在一个给定的子系统,给定频带能量的共振模式也同样划分。(5)互惠原则适用于不同子结构。(6)任意两个子结构之间的能量流成正比的实际过程中的耦合子结构振动之间的能量差;也就是说,能量流成正比的平均模态能量之间的区别。这两个子系统的能量模型图所示1能量流,建立了两个子系统之间的关系方程: 在哪里η= 2ξ,它通常是由多个系统组成,这些能量平衡方程写成矩阵形式: 在哪里分析中心频率(赫兹),P我是输入能量(W),η我阻尼损耗因子,ηij是耦合阻尼损耗因子,E我子系统能量,倪子系统模态密度。
方程(2)是最基本的表达建模通过使用。当解决计算方程,考虑到外部输入条件下的模型的激励,结合材料声学包结构的测试特点,损耗因子,和模态密度之间使用子系统,系统的能量计算;的能量E我在获得每个子系统7]。根据(3)能源系统转化为两种形式,其中E1代表结构子系统的能量。这取决于系统的质量和速度。E2声场的能量。与声压、声传播速度、声场和其他参数: 在哪里米对应于每个子系统的质量;V相对应的振动速度子系统;P相对应的声压子系统;ρ子系统的材料密度;和c声音的速度对应的材料。通过求解方程,能量中包含相应的系统可以转化为相应的位移,速度子系统,可以测量的应变。
3所示。模拟
3.1。构建海洋模型
前围板的有限元模型如图2,金属板的厚度是0.8毫米。前面围板的长度和宽度是1.6米×0.6米。前面围板是分布在9洞与0.8毫米的厚度和形状不规则的孔。根据海洋板块建模方法,九海子系统建立了不规则的洞。然后根据不同声学覆盖进行声学包封材料。子系统的划分,结构模态能量或相同的模态阻尼通常分为子系统根据统计能量法的模态相似原理,或根据几何模型的特点。根据上述方法,前围板分为24子系统,和他们都是板块结构子系统。3毫米橡胶模拟用于通孔。根据该方法在文献[8),前面围板模型分为子系统。分区原则是相似的模态密度的区域划分为一个子系统,与此同时,划分区域具有复杂结构和分裂每个洞。子系统的划分相关的能量系统,所以它与整个系统的计算精度。每个结构子系统的海洋模型如图3和表1。海的前围板模型的材料参数如表所示2和海的声学覆盖材料参数模型的前围板如表所示3。
3.2。设置边界条件
为了模拟混响室和semianechoic房间,声音腔设置前围板的两边。如图41 Pa加载单元声压在混响室。图4 (b)前围板的局部放大图;混响室的创建符合国家标准GB / T20247声学混响室吸声测量。解决方案从400赫兹到8000赫兹频率范围。面板模型与两个腔,模拟semianechoic室、混响室,分别。一个腔加载声音激发,然后两个声音的声压水平字段进行测试,分别。前面围板模型和两个蛀牙排列semiwireless流场。
(一)
(b)
前面围板模型的混合FE-SEA混响室和semianechoic室之间放置,如图4。在图中,左腔模拟semianechoic室和右腔模拟了混响室。双方的声音腔连接通过前面围板模型,和左semianechoic室是由声源激发的。与此同时,前面围板模型设置为半无限流场,从而形成混合FE-SEA前面围板吸声模型由三个子系统组成。混合模型满足FE-SEA混合理论。图4 (b)是前面围板模型。前面围板是由不同的子结构,包括统计能源板块和孔由声学覆盖层材料,形成一个综合的模型结构和多孔材料。
4所示。实验方法
4.1。参数测试方法
的传输损耗测试原理如图four-microphone方法5。声源产生信号,声压由功率放大器放大。声压穿过事件管生成入射波P我,这是经过样本分为三个部分。第一部分是吸收的样本,第二部分是反映样本,形成反射波Pr在这次事件中管。第三部分继续向前旅行通过样例和形成了声波传播的Pt传输管。声波的透射波继续向前终端。一部分吸收声波终端和另一部分反射到传输管形成p2r。四个麦克风放置在该事件和传输管分离的反射光和入射波。声音压力测量传感器1 - 4的位置p1,p2,p3,p4,分别。管事件,事件声压前端的样本是π。事件管,反射声压前端的样本pr。传输管,压力传播声音pt。通过样品的声压反射p2r。根据平面声波的传播规律,可以得到以下公式: 在哪里k是波数,可以得到以下方程: 在哪里f是频率,csound-generally的速度,它是340 m / s,然后呢k是波数。上面的公式可以用来计算入射声压p我,反射声压pr传播声音的压力pt和反射声压p2r在声。
因此,样品的声压透射系数
传输损耗的示例:
与three-microphone方法相比,four-microphone传输管方法使用两个麦克风,和测量结果更准确。它可以测量样品的反射系数,声源和声学终端。在隔音测试中,前面围板材料切成圆板和投入的阻抗管声学吸收材料隔音测试。前面围板样本的大小和吸声材料样品蛋糕是一个圆的半径50毫米。
空气流动阻力的阻力是通过空白材料、单位厚度。流动阻力称为材料的流阻率。流阻率测试通过控制单向流动。气流经过圆柱管的多孔材料和多孔材料表测量。压差所产生的表面。这可以影响如果有材料和容器之间的气隙。结果的准确性泡沫材料由于加工工艺的影响。粘性膜表面也可能影响测量结果的准确性。在本文中,利用环直径100毫米的样品,添加一个戒指,然后添加两个。流阻率三种边界条件下的泡沫测试(见图6)。测试标准符合ISO 9053 - 91和ASTMC5522-03标准。图6流阻率测试的示意图,图呢6(一)是流阻率测试设备。的流阻率多孔材料样品测试通过两端压差测试样本和体积单位面积上的速度。图6 (b)显示了样品制备和后处理的实验数据流阻率测试。多孔材料的声学特性可以通过测量多孔材料的流阻率。
(一)
(b)
5。模型验证
5.1。模型验证基于隔音
验证仿真模型的前面围板不同厚度数据所示7和8。从图可以看出7,仿真结果和试验结果之间的误差很小,和仿真值是在良好的协议与测试值前面围板精制网格校正后的模型。从图可以看出7仿真的价值转移损失模型修改后符合测试值在整个频率范围内。当频率低于600赫兹时,有一个峰值误差修正模型中的声音传输损失,主要由板的声辐射引起的。随着频率的增加,误差逐渐减小。频率范围是600 - 2000赫兹时,后仿真结果和测试结果的误差小于3 dB模式修改。修改后的模型可以用于性能计算和性能预测,模型是准确和可靠的。
同样,图中展示了0.8毫米的厚度8显示了前围板的仿真结果和测试结果的对比。从图,结果表明,在低频率范围0 - 800 Hz,仿真值与试验值误差很小,几乎相同的曲线趋势。随着频率的提高,错误的增加,细网格模型的建模和模型,模拟值和测试和仿真模型精度是可靠的,我们可以进行模型预测。同样,如图8之间的误差模型的模拟值与试验值逐渐降低修改后,可以用于模拟和预测模型的性能。
6。传输损耗的影响
6.1。隔音性能的影响分析
隔音性能通常是被隔音(R)、噪声衰减(NR)和插入损耗(IL)。的隔音性能前围板的内饰被插入损耗计算,也就是说,事件声音强度水平之间的差值(l0)和传播声音强度级别(l)[9]:
但是。影响的报道
为了分析内饰的影响不同覆盖条件下的隔音性能前围板,四种声学包覆盖方案,如表所示4。
隔音性能的对比曲线的四种声学包覆盖图所示9。与基础方案,比较方案3声学材料有助于提高其隔音性能。指的曲线在图中,插入损耗这两个方案之间的差异是最大的在2000赫兹的频率,也就是11.4 dB。比较方案1和方案3,增加孔覆盖之后,隔音性能改善随着频率的增加,和两者之间的插入损耗的不同方案满足最大在8000赫兹,13分贝。可以看出,声学材料覆盖的金属板和孔的通风帽前围板隔音性能有很大的影响。因此,当声波覆盖材料相同厚度的覆盖,面板的洞是影响声透射损失的关键因素,和传声损失增加孔覆盖范围的厚度的增加,孔泄漏是成正比的传声损失。在声学包系统的设计,声学包覆盖和孔设计的要点。
6.1.2。厚度的影响
为了分析声学包的厚度的影响材料和金属化孔塞前围板的隔音性能,三个设计方案,如表所示5。①方案1:前围板的内部是由25毫米声学包(23毫米聚氨酯+ 2毫米EVA),没有覆盖在外面和漏洞。②方案2:前围板的内部是由25毫米声学包(23毫米聚氨酯+ 2毫米EVA),外面没有报道,10毫米的洞都是泡沫。③方案3:蒙头斗篷面板的内部是由15毫米声学包(13毫米聚氨酯+ 2毫米EVA),虽然外,洞里不覆盖。
图10显示了隔音性能的对比曲线三种声学包的材料的厚度。从图可以看出,与方案二相比,方案1有一定的隔音性能的衰减与频率的增加,衰减达到5 dB在8000赫兹。可以看出,金属化孔塞的厚度有一个更大的对隔声性能的影响。相比,方案3、方案1的隔音性能增强在400赫兹到2000赫兹的频率,但在2000赫兹;两个方案的相应曲线是重合的,和没有区别这两个方案。它可以得出结论,在低频率、材料厚度的增加有增强的影响隔音。相反,在高频率,它没有效果。因此,在声学包的设计方案,增加声封套材料的厚度可以有效提高声透射损失0 - 2000赫兹的频率范围内。当频率大于2000赫兹,增加材料的厚度对传声损失几乎没有影响,而声音泄漏量对传声损失有很大的影响。用相同的材料厚度,最大传输损耗在高频范围内可以减少5分贝声音泄漏后被阻塞。
6.1.3。泄漏的影响
在分析渗漏的影响在前围板的隔声性能,提出了三个方案,如表所示6。
图11隔音性能曲线相比显示了三个方案。从图可以看出,当上有漏前围板(方案3),与方案1相比,其隔音性能有一定的减少,达到2.5 dB在8000赫兹。所以泄漏应严格控制在前围板的内饰的设计。
7所示。新材料应用于汽车的前围板
7.1。引入新材料
有几种常用材料声学包的前围板(10),如聚氨酯泡沫层+伊娃双层,感觉+伊娃双层,双阻抗的感受。前面两种EVA隔音垫表现良好的隔音性能,但是隔音垫的重量很大,这阻碍了轻量级前围板的车。双阻抗觉得可以达到很好的平衡在吸声和绝缘,和它的质量是比前两种材料。然而,上述三种形式的VOC含量的隔音垫高;它不会引起环境保护和不漂亮。
超细纤维材料(11,12)是一种新材料2微米结构的超细纤维。纤维的平均直径大约是人类头发的1/40。在相同的声学性能条件下,只需要更少的材料。在相同面密度下,声学性能更好。它还可以更好地满足轻量级的需求设计和实现的目标减少燃料消耗和二氧化碳排放。除了良好的声学性能、轻质、高成形性,和美丽的外观,超细纤维材料的优点也有超低波动性和疏水性和防霉。
7.2。新材料的隔声性能的仿真结果
为了分析新材料的吸收和隔音能力,传统的声学材料和有力的超细纤维材料覆盖汽车前围板的内侧。具体方案如表所示7。方案1:前围板的内部是由27毫米传统材料(25毫米聚氨酯+ 2毫米EVA)、前围板的外面了25毫米(2.5毫米无纺织物+ 20毫米PU + 2.5毫米无纺织物),这个洞并不是任何声学材料覆盖。方案2:蒙头斗篷面板的内部由27毫米新材料,外通风帽的面板覆盖25毫米(2.5毫米无纺织物+ 20毫米PU + 2.5毫米无纺织物),和洞里无声的材料覆盖。
图12曲线之间的隔音性能相比显示了两个方案。它从仿真结果图中可以看到,整个频段的隔音效果基本上是一样的,传统的聚氨酯+ EVA材料新材料覆盖在前围板的内部,这表明新材料能满足隔音性能的要求。与此同时,在同样的隔音性能,表面密度是1375 g / m2。也远低于聚氨酯+伊娃(4840 g / m2)。因此,前围板隔音垫的超细纤维材料可以更好地满足轻量级的需求设计和实现的目标减少燃料消耗和二氧化碳排放。
8。多目标优化
8.1。实验设计
最初的采样点需要通过计算机模拟实验。不同的设计方法有不同的采样点的覆盖范围,及其分布有很大影响代理模型的准确性。拉丁超立方抽样(lh) [13是现在使用最广泛的抽样方法之一。该方法的关键是分层输入概率分布,把累积曲线(0∼1)累积分布函数分成相等的时间间隔,并随机选择样本每个区间强行代表间隔。图13是一个典型的lh。
摘要声学包的新材料汽车作为研究对象,材料的厚度和面积密度作为设计变量,和插入损耗和材料平均体重作为优化目标。大的厚度和表面密度吸声和绝缘材料通常有更好的吸声和绝缘性能。然而,由于实际的车辆空间的限制和轻量级的整个车辆的需求,物质不能无限制地使用。我们设定的厚度范围的吸声部分新材料10∼摘要25毫米和隔音的表面密度范围部分(在表面形成部分)1000 ~ 1500 g / m2。lh方法用于随机选择20组的样本。每组样品可以使用海模型计算的平均插入损耗400 ~ 8000 Hz的频带。这是显示在表8。
8.2。克里格代理模型
代理模型,也称为元或响应表面模型,描述了功能输出变量与输入变量之间的关系。为了减少优化过程的数值分析,提出了代理模型,它使用有限采样点构造一个近似简化模型代替复杂的实际分析过程。因此,它广泛应用于多目标优化设计计算。克里格(14,15)模型是一种半参数插值方法。其回归方程包含两个部分:参数化过程(线性回归部分)和非参数的过程(随机过程)。
摘要20组采样点的信息上面所提到的,借助MATLAB软件,克里格模型用于预测的平均插入损耗和体重新材料在设计空间。结果如图所示14。
(一)
(b)
8.3。验证模型的准确性
广义线性回归分析,拟合优度(R2)通常是用来测量模型的拟合优度。的范围R2是[0,1];值越接近1,代理模型的精度就越高。以下方程的表达式R2: 在哪里P采样点的数量和吗 , ,和真值,预测价值,平均响应的真正价值的价值。工程、R2价值必须高于0.9。为了验证建立代理模型的准确性,我们用拉丁超立方体抽样(lh)随机选择10组的样本。类似地,我们可以利用海洋模型来计算平均插入损耗和材料总重量的测试样本。同时,统计能量法用于计算和比较测量值获得真正的价值。根据(10),计算拟合优度。根据计算结果之间的比较和插入损耗了代理模型,获得良好的代理模型的拟合程度,具体信息如表所示9。从拟合优度的计算结果,可以看出,代理模型的拟合优度高于0.9,接近1。代理模型具有较高的精度,所以近似模型的预测结果是可靠的。
8.4。前围板的多目标优化
声学包装的优化汽车前围板属于多目标优化问题。设计变量通常厚度和表面密度前围板的新型声学材料和优化目标是插入损耗和声学包的重量。这些目标不仅是相互关联的,还相互冲突。改善这些目标之一,通常以牺牲其他目标。在这篇文章中,多目标遗传算法的工具箱16]在MATLAB用于优化。200步的迭代之后,帕累托解集之间的平均插入损耗和材料的总重量。这是显示在图15。如图14五角星形代表一系列的帕累托最优解决方案,代表平均插入损耗和材料重量之间的关系在不同重量的考虑。根据轻量级前围板的声学材料的需求,我们需要控制新低于2公斤的重量。同时,厚度和表面密度的最优值是24.87773毫米和1363.959 g / m2。相应的平均插入损耗为44.5629分贝,总重量是1.9958公斤。本文获得声学包的最优解是根据代理模型和混合方法。满足设计条件下的隔声量,拉丁超立方体的代理理论模型应用于设计的最优解声学包封材料厚度和表面密度,满足工程设计的需要。
输入上面的厚度和表面密度的最优值为海洋模型,计算平均插入和声学材料的总重量值下软件,并比较结果与克里格模型获得的结果。这是显示在表10。
根据表中的数据10,平均插入损耗和材料重量的偏差之间的两种计算模型,分别是0.2%和0.065%。它表明这种近似模型的拟合精度高。因此,它有一定的实用价值优化的参数声学包装材料由多目标遗传算法。认为从代理优化模型的计算时间,代理优化模型的计算时间远小于统计能量模型的复杂的声学处理模型的棒子。进一步提高计算精度和效率,具有一定的参考意义,工程问题的优化。
9。总结
(1)本文提出的设计方法声学包的理论研究。统计能量法和代理模型方法用于研究前舱口围板的隔音性能,以获得质量参数的影响,表面密度参数,和新材料参数对隔音性能。结果表明,系统的隔音性能成正比的增加覆盖范围和覆盖的洞。前面围板孔的厚度对隔音性能有很大的影响。增加声音信封的厚度面前舱口围板隔音性能有更直接的影响在低频率比在高频率。严格控制泄漏的吸声材料和隔音水平大大提高的洞。(2)多目标遗传算法和代理模型被用来获得最优参数的仪器面板声音方案满足插入损耗和轻量级的要求,和声学性能是满意的前提下不增加厚度。(3)摘要声学材料参数和漏覆盖的影响参数对声学包绝缘性能,它提供了一种新的研究声学包的研究和发展方向。(4)在设计方法中,统计能源模型理论和代理理论可以用来进行声学包的转发设计系统,这是一个改进现有的声学包的设计方法。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这部分工作是由中国国家自然科学基金(51275541号和2017年yfb0102603)。