在汽车行业高速发展的过程中,汽车振动噪音NV(Noise Vibration)的水平逐渐成为了车企及消费者共同关心的一个重要性能指标。汽车振动噪音产生的原因多样而复杂,不同的机理产生的振动噪音具有不同的频率特点。车身结构振动噪音是影响车内噪音的一个重要因素,针对车身结构而进行的振动噪音研究与控制具有重要的工程意义。在目前汽车车身开发中,汽车车身结构振动噪音的优化设计主要集中在汽车正向开发的早期,早期的车身开发非常依赖于虚拟的CAE(Computer Aided Engineering)技术,一旦车身开发前期设计存在问题,开发后期的更改将会涉及修改模具等一系列大的动作,修改成本十分昂贵。CAE是缩短车身开发周期,确保车身NV性能的关键。振动噪音数值方法又是构成CAE技术的核心,因此振动噪音数值仿真方法的精度和计算效率对车身设计的重要性是不言而喻的。在此背景下,本文依次介绍了各个频率段的不同车身振动声学的仿真方法,总结了低频,中频,高频等不同的数值方法的主要特点,以及其相应的应用范围。针对目前数值方法中存在的局限性,提出了一系列改进的数值技术。本文的研究主要涉及到面向四个不同车身NV特性的数值方法,主要包含预测车身结构本体振动特性的数值方法、车身结构振动声学耦合方法、车身结构振动声学传递损失方法,以及车身结构振动辐射噪音方法,具体内容如下:(1)针对车身结构振动的预测问题,本文根据Reissner-Mindlin理论提出了一种基于单元节点和单元边的新型混合光滑有限元法(NS+ES-FEM),并将其应用于车身薄板结构的静力和自由振动分析。该方法分别利用了基于单元节点的光滑有限元法(NS-FEM)和基于边的光滑有限元法(ES-FEM)各自的优势,巧妙地消除了薄板问题中的“剪切自锁”现象,其中弯曲应变域是采用基于单元边的梯度技术进行光滑处理,而剪切应变域是按照一定的比例权重分别应用了NS-FEM和ES-FEM的方法使其光滑,该比例权重系数可以通过一个简单的数学公式在考虑板厚度以及网格尺寸差异的情况下自动计算而得到。新方法中通过线性插值,采用了便于自动划分网格的三节点三角形单元,使得建立的FEM模型简单而稳定。为了便于引用,该新方法记为NS+ES-FEM。本文中多个标准数值算例表明该新型方法在自动消除剪切锁定现象的同时也提高了静态以及动态计算结果的精度。(2)针对车身结构振动与声腔的耦合问题,本文在光滑有限元的基础上,结合统计能量法,构造了基于光滑有限元和统计能量法的混合方法(S-FE-SEA)。中频预测问题是一直是振动噪音领域的一个难点和热点,结构声学中频响应复杂,单一的确定性低频方法和统计性的高频方法都不合适中频问题的分析与预测。而新构造的混合方法可以较好地处理中频振动噪音预测问题,根据该理论,结构与声腔的耦合系统,可以分为确定性有限元声腔子系统以及具有统计性的平板结构SEA子系统。模态较低的声腔子系统可以采用基于四面体单元边的光滑有限元进行模拟,模态密度较高板件结构则采用统计能量法进行仿真,两个不同的子系统通过直混场互惠定理进行关联。文中算例表明,新构造的混合S-FE-SEA能够在声固耦和系统的频响分析中得到比传统FE-SEA混合方法更好的精度。(3)针对薄板结构的声学传递损失预测问题,本文建立了基于边光滑有限元模型以及统计能量法的三子系统的混合ES-FE-SEA模型,进一步提高了中频传递损失预测的准确性。基于边的光滑有限元,可以“软化”其传统有限元中得固有的“刚度偏硬”特性从而减少误差。同时,SEA方法能够处理相对更高频率范围的声学不确定性问题。在混合模型中,关注的结构采用精度较高的ES-FEM方法进行离散模拟,由于相邻空腔的模态密度较大,因此混响空腔则采用高频的SEA方法进行建模。不同SEA与FE子系统之间的耦合通过直混场互惠原理建立。新方法首先应用在一个标杆算例,得出的预测解与参考结果吻合的程度非常高。随后该方法被应用于某轿车前挡风玻璃以及前隔板的声学传递损失预测中,最后,通过标准实验,进一步验证了ES-FE-SEA在计算精度方面的优势。(4)针对结构振动辐射噪音分析的问题,本文提出了一种利用快速多极元边界元与基于边的光滑有限元的混合数值计算方法(ES-FEM/FM-BEM),其中振动结构域使用ES-FEM方法来建模型。基于单元边的梯度光滑处理可用来减少标准有限元里面的刚度偏硬的现象,从而减少了内在的数值离散缺陷,提高计算精度。将通过ES-FEM计算得到的结构表面的法向速度作为边界条件施加在声腔接触面,并利用快速多极边界元FM-BEM预测声腔内外的辐射噪音。与传统边界元相比较而言,FM-BEM矩阵向量运算量以及数据存储量都大大降低。混合ES-FEM/FM-BEM方法充分利用了ES-FEM和FM-BEM各自的优点,从而避免了传统有限元精度低,传统的BEM算法计算效率低等缺陷。混合ES-FEM/FM-BEM首先应用在标准算例,对比了混合方法的计算精度与效率。随后该方法应用在实际汽车振动辐射噪音的预测中,取得较好的效果。