Page 82 - 《应用声学》2020年第5期

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节点连接。简化较小加强筋和过度圆角，封补所有
0 引言
较小的孔洞以便于后期声腔的建立，由于玻璃车门
拖拉机驾驶室结构中频段的动力学行为兼有 是关闭的，所以将车门与梁之间和板件与梁之间的
高频和低频的特性。当前针对驾驶室声学仿真方法 连接也定义为共节点连接 [12] 。拖拉机驾驶室空间
多以有限元法、边界元法以及统计能量分析法为基 狭小，座椅和驾驶台自身体积所造成的声腔对驾驶
础 [1−5] 。通常情况下，在对结构声学特性进行分析 室声腔有一定影响，座椅本身材质也可能对驾驶室
预测过程中，有限元法和边界元法主要适用于低频 声腔损耗因子有一定影响，且驾驶台声腔紧贴发动
段，此时结构响应受整体模态所控制；统计能量分 机舱，将作为发动机噪声激励的传播途径之一，故对
析法主要适用于高频段，此时子系统受局部模态控 驾驶台和座椅进行建模。
制并且呈现弱耦合状态 [6] 。Langley 等 [7] 、Shorter 将建好的拖拉机驾驶室几何模型导入 Hyper-
等 [8] 研究发现在中频段内，由整体模态控制的强耦 mesh 中进行抽取中面处理，将抽取的中面进行几
合系统和由局部模态控制的弱耦合系统相互叠加， 何清理，网格划分，有限元网格划分采用四边形网
若对高频和低频的动力学行进行分别建模，然后耦 格，大小 10 mm，局部由三角形网格过度，总节点数
合求解，可弥补有限元法和统计能量分析法在中频 199460个，总单元数202374个。
段分析的局限性。
有 限 元 -统 计 能 量 分 析 (Finite element-
statistical energy analysis, FE-SEA) 混合法是由
Langley 等 [9] 提出并改进发展，在各个领域有广泛
的应用 [10−11] ，但在拖拉机驾驶室方面的研究尚未
见刊。本文利用有限元方法建立拖拉机驾驶室梁结
构子系统，用统计能量分析方法建立驾驶室壁板结
构子系统，再将其进行耦合连接，获得拖拉机驾驶室
的混合 FE-SEA 模型；然后通过试验确定驾驶室的
振动和噪声激励，对模型进行仿真验证分析，通过对
图 1 驾驶室有限元模型
驾驶室各个子系统能量贡献度分析确定对驾驶室
Fig. 1 Finite element model of the cab
声腔噪声影响较大的子系统，并对驾驶室进行针对
性改进。 FE-SEA 混合模型建模过程中所需的参数与
SEA 建模所需参数一致，分别为模态密度、子系统
1 拖拉机驾驶室FE-SEA混合模型建立
之间的耦合损耗因子和内损耗因子，VA ONE 软件

根据 FE-SEA 混合法理论，混合模型的建立根 可以通过子系统材料及物理属性以及子系统间连
据建模的不同类型可分为 3 个阶段：第一是建立研 接方式等自动计算得出部分参数，部分子系统模态
究对象的几何模型，对模型进行初步处理；第二是获 密度如表 1 所示。此处仅列出声腔损耗因子的获得
取建立 SEA子系统所需的基本参数，如子系统内损 方法。声腔内损耗因子可通过计算声场平均吸声系
耗因子、子系统间耦合损耗因子以及子系统模态密 数来获得，其理论公式为 [13]
度；第三是确定子系统的划分，通常按照模态密度高 η = 2.2 = 13.82 , (1)
的部件划分为SEA 子系统，模态密度较低的部件划 T 60 f T 60 ω
分为FE子系统。 其中，T 60 为混响时间，是指声腔内声能量级衰减
建立该拖拉机驾驶室几何模型，如图1所示。由 60 dB(A) 所需的时间。平均吸声系数 a t 和混响时
于所使用的 VA ONE 软件无法识别高阶单元，相较 间T 60 之间存在经验关系：
于传统建模，在进行FE-SEA建模时，对各子系统间 60V 0.161V
T 60 = = , (2)
的焊点、螺栓等连接行共节点处理；为了方便接下 1.086C 0 Sa T Sa T
来的处理，在建立驾驶室模型过程中，去除小的加强 其中，V 为声腔的体积；S 为声腔的总吸声表面积；
筋和曲面结构，并且将所有梁之间的连接定义为共 C 0 为声音的传播速度。