基于薄膜分析的脉动压力和气动声压解耦及车内气动噪声预测

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为了获得一个良好的车内气动噪声水平,在汽车早期研发过程中,常基于数值模拟不断对汽车外部造型进行优化。然而,目前在汽车气动噪声优化分析常用的步骤中,还存在着一些不足之处。针对表面压力解耦和车内噪声计算的不足之处,本文将基于薄膜分析的表面压力解耦方法——薄膜模态分解法和车内噪声计算方法——模态声传递向量法应用于汽车气动噪声分析中,主要内容如下:首先,采用简易类车体模型对计算方法的可行性进行验证。基于薄膜分析法,分别对模型侧窗表面压力进行解耦以及对内部监测点的气动噪声进行计算。结果表明,侧窗玻璃表面压力激励被成功解耦为声压和湍流压力两部分,且数值计算得到的内部监测点的气动噪声结果与实验结果有良好的一致性,误差在工程应用的允许范围内,证明了计算方法的可行性。然后,对实车进行气动噪声分析。结果表明,侧窗表面湍流压力的能量要远大于声压;车内噪声为宽频带噪声,噪声主要集中在1000Hz以下的频段,且声压对车内气动噪声的影响要大于湍流压力。之后,为改变侧窗表面由气流引起的压力激励,将对其影响较大的部件——后视镜去除,再重新进行流场和声学计算。结果表明,去除后视镜后,车内监测点的声压级在整个计算频段上都有所下降,和有限元法计算结果的对比也证明了计算结果的可靠性。由于声学计算可基于已获得的传递函数,因此,直接使用传递函数进行计算的计算时间大幅缩短,计算效率得到大幅提升。最后,补充了薄膜分析方法在企业实际车辆开发中的工程应用。基于薄膜分析法对车窗表面压力进行解耦以及对车内气动噪声进行计算,获得了侧窗表面声压和湍流压力的分布情况以及车内气动噪声特性,且车内气动噪声的计算结果和风洞实验结果吻合良好。另外,通过直接使用计算得到的传递函数,实现了车内气动噪声的快速计算。本文基于薄膜分析法对汽车侧窗表面压力进行解耦以及对车内气动噪声进行计算,揭示了汽车侧窗的压力分布状况以及车内气动噪声的特性,并且实现了仅在外部激励改变下的车内气动噪声快速计算,对实际车型开发中气动噪声的计算及优化有一定的参考价值。
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