【摘 要】
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随着生活水平的提高,用户和企业对发动机NVH性能的要求越来越高,而发动机NVH性能主要由燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声体现。由于进气系统距离乘员舱较近,进气系统的NVH特性对车内及车外通过噪声有着重要的影响。进气系统NVH特性主要通过气动噪声和零部件(空滤器)辐射噪声来体现,两者都跟进气流动状态直接相关。气动噪声的研究都是基于进气歧管或节气门之前的管道系统,少有针对整体进气系统并同时考虑流场对结
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随着生活水平的提高,用户和企业对发动机NVH性能的要求越来越高,而发动机NVH性能主要由燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声体现。由于进气系统距离乘员舱较近,进气系统的NVH特性对车内及车外通过噪声有着重要的影响。进气系统NVH特性主要通过气动噪声和零部件(空滤器)辐射噪声来体现,两者都跟进气流动状态直接相关。气动噪声的研究都是基于进气歧管或节气门之前的管道系统,少有针对整体进气系统并同时考虑流场对结构辐射噪声影响的研究成果,考虑制造和装配误差对气动噪声概率分布的研究也较少。本文基于GT-Power、Fluent、LMS Virtual Lab软件,采用联合仿真的方式,对某发动机进气系统的气动噪声和结构辐射噪声(空滤器)进行了稳态工况下的仿真分析,并针对气动噪声和辐射噪声的产生机理和影响因素(模态、传递损失、进气压力脉动)进行了研究,同时也对制造和装配误差下的气动噪声概率分布进行了研究。根据发动机主要技术参数和相关试验数据完成发动机模型的建立和标定。基于标定后的发动机GT-Power模型与Fluent中的进气系统流体域模型,对进气系统内部流动进行了三维CFD计算。通过对流场中的压力、速度、湍动能分布进行系统的分析,以此来研究空滤器滤芯对流场的影响和进气系统内部涡流的产生和分布规律。同时,流场计算过程中输出的壁面压力数据,为进气系统声学特性分析提供准确的边界条件。将流场计算得到的壁面压力导入LMS Virtual Lab中作为偶极子声源,建立了进气系统气动噪声仿真模型。结合声学有限元法计算得到了进气系统的气动噪声频谱曲线。同时开展了进气系统气动噪声试验,通过仿真与试验结果的对比,验证了联合仿真计算结果的准确性。基于声腔模态和传递损失的计算原理和方法,对进气系统声腔模态和传递损失进行了仿真分析,研究了声腔模态频率对传递损失的影响规律。利用声模态、传递损失、进气压力脉动噪声(GT-Power模拟结果)、气动噪声的仿真结果,研究了声模态频率和振型、传递损失、进气脉动频率对气动噪声的影响规律。建立了空滤器有限元模型,对空滤器进行了结构模态分析,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性。利用流场分析得到的空滤器内壁面压力脉动结果作为激励力,结合空滤器约束模态结果,采用模态叠加法和MATV法建立了空滤器振动响应与壳体辐射噪声仿真模型。基于计算结果研究了空滤器约束模态和进气压力脉动频率对空滤器辐射噪声的影响规律。利用正交试验分析进气系统气动噪声的影响因素,得到了气动噪声的主要影响因素。结合响应面法建立基于主要影响因素的响应面模型,并对模型进行准确性验证,得到气动噪声主要影响因素之间的相互作用关系。假设制造和装配误差服从正态分布,利用蒙托卡诺法对气动噪声的主要影响因素进行误差的随机抽样,并结合发动机模型计算,对各因素设计值存在误差情况下的气动噪声进行概率分析与评估,研究了误差下的主要影响因素对气动噪声概率分布的影响规律,提出了考虑制造和装配误差下,针对气动噪声概率分析与评估的方法。
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