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第 38 卷 第 1 期 唐荣江等： 利用混合 FE-SEA 方法的前围隔声性能优化设计 23

模型基础之上，用不同的隔声材料与吸声材料进行
0 引言
组合，并通过正交试验法对材料进行组合设计及仿
真与优化，结果表明前围传递损失得到较大的提升。
伴着公路运输行业的飞速发展，重型商用车得
到了广泛的使用。随着商用车的设计水平不断提
1 基础理论
高，驾驶室的声学舒适性已然成为影响驾驶舒适性
的重要评价指标之一 [1] 。驾驶室噪声来源有发动机 1.1 二子系统互易关系
舱声激励、动力总成振动激励、路面振动激励以及 在有限元系统中，边界位移 q 与系统的外部激
驾驶室外声激励。前围是阻隔发动机舱噪声传播到 励f 的关系为 [7−8]
驾驶室的重要部件，其隔声性能的好坏对降低驾驶
f = Dq, (1)
室噪声水平具有重要作用 [2] 。
式(1)中，D 为刚度矩阵。
传递损失 (Transmission loss, TL) 是评价隔声
在 FE-SEA 系统中，根据声波传播路径不同，
性能的指标之一，传递损失的常用分析方法有实验
SEA 子系统可分为混响场和直达场。声波在 FE-
法和仿真分析法。对于大型构件，实验法常在混响
SEA 系统中的一种传播形式为由 FE 子系统传向
室和消声室中进行，工程实际中应用较为广泛，但需
SEA子系统，此时可视为能量全部转变为SEA子系
要有专门的测试设备，对硬件设施具有极高的要求。
统的直达场能量；声波在 FE-SEA 系统中的另一传
在应用仿真分析法方面，Hong 等 [3] 应用有限元法
播形式为由 SEA 子系统向 FE 子系统传递，SEA 子
(Finite element method, FEM) 建立某汽车复合仪
系统为混响场，在 SEA 子系统与 FE 子系统的边界
表板的有限元模型，在该模型基础上分析了吸声材
存在反射。两种传播形式的边界力中，后一种形式
料与仪表盘粘接和不粘接时对仪表板传递损失的
与前一种形式相差了一个混响力f rev ，即为
影响，结果表明在低频段不粘接时的仪表盘的传递
f rev = D dir q − Dq, (2)
损失更优。Sgard 等 [4] 釆用有限元与边界元相结合
的方法建立复合板模型，准确预测了复合板在混响 式(2)中，D dir 是SEA子系统直达场动力刚度矩阵。
声场下低频段的传递损失。张强等 [5] 基于统计能量 将式(2)回代式(1)有
分析(Statistical energy analysis, SEA)法建立了镁 f rev + f = D dir q. (3)
质合金前围 SEA 模型并对该前围模型的声传递损 在混响声场中，根据声波传播理论有
失进行仿真计算，结果显示所建 SEA 模型的声传递 E [f rev ] = 0, (4)
损失在高频段与实验测试值吻合较好，但仿真结果 ( )
[ T ] 4E
在中低频段差距较大。上述有限元法、有限元-边界 E f rev f rev = Im {D dir } , (5)
πωn
元法在低频段仿真较为准确，在中高频段预测效果 其中，E [ ]表示所有结构的均值；E 为板件子系统的
较差。统计能量分析方法在高频段仿真较为准确， 振动能量；n为子系统的模态密度；上标 T表示矩阵
在中低频段预测效果较差。随着对中频段问题研究 的转置；Im表示虚部。式(5)为混响场互易关系。
的不断发展，有学者采用有限元法与统计能量法相
1.2 混合 FE-SEA 系统方程
结合的方法即混合FE-SEA法来研究中频段传递损
式 (5) 表示 FE 子系统和 SEA 子系统的耦合关
失问题。Shorter 等 [6] 采用了 FE-SEA 法建立了某
系，确定性系统的整体响应可以用式 (6) 和式 (7)
汽车的仪表板仿真模型来预测仪表板的声传递损
表示：
失，将该模型的仿真结果与测试结果对比，结果显示 [ ]
∑ { }
建立的仪表板FE-SEA模型能准确地预测中高频段 S qq = D −1 S ff + 4E k Im D (k) D −1∗T ,
t dir t
πωn k
的声传递损失。 k
(6)
针对商用车发动机舱噪声多为中高频噪声，本
∑
文采用基于混合 FE-SEA 计算传递损失的仿真方 D t = D d + D (k) , (7)
dir
法，通过建立商用车前围FE-SEA模型，比较该模型 k
其 中， S ff 为 作 用 在 FE 子 系 统 上 激 励 的 互 谱；
传递损失仿真结果与前围传递损失实测值，验证该
4E k { (k) } 为 SEA 子系统与 FE 子系统耦合
方法的准确性。为提升前围的隔声性能，在FE-SEA Im D dir
πωn k