Page 17 - 《应用声学》2021年第2期
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第 40 卷 第 2 期              刘志恩等: 挖掘机驾驶室低频结构噪声分析与优化                                           185


             2.3 结果分析                                          图,确定振动位移较大的结构,进行优化。由于篇幅
                 汽 车 行 业 规 定 车 身 声 学 灵 敏 度 目 标 值 为             所限,这里仅列出前两个工况的模态贡献量柱状图,
             55 dB,考虑到挖掘机驾驶室和汽车驾驶室的结                           如图6所示。
             构差异以及工程机械NVH 性能要求没有汽车严格,                              图 7 为驾驶室第 11 阶结构模态振型图,可以看
             设定挖掘机驾驶室声学灵敏度目标值为 60 dB。对                         出:驾驶室右侧围板的振动位移最大,因此需要对该
             所得到的NTF 曲线进行分析,将峰值大于 60 dB所                       处结构进行优化,提高其刚度,进而降低驾驶员耳旁
             对应的频率定义为危险频率,通过对12个工况的危                           的声压级。
             险频率进行统计,频率 35 Hz 出现的次数最多,所以
                                                                   140
             将 35 Hz 确定为需优化的频率。其中频率 35 Hz 所                               133.9
                                                                   120
             对应的 7 个危险工况分别为左前悬置安装点、左后
                                                                   100
             悬置安装点、右后悬置安装点的 y、z 向激励和右后                              80
                                                                   വগ᠈࿹᧚/%  60
             悬置安装点的z 向激励。

             3 模态声学贡献度计算                                            40
                                                                    20
                                                                     0                               0.98
                                                                                 -2.8 -2.38 -2.12 -2.08 -1.4 -1.16  -4.22
             3.1 模态声学贡献度基本理论                                       -20   -10.08 -8.64
                                                                        M11 M13 M18 M24 M16 M19 M15 M20 M14 M8 Х̵
                 模态是结构系统的固有振动特性,机械结构中                                                 വগ᫽஝
             任何一点的响应都可以表示为各阶模态的线性组                                                    (a) ࢺц1
             合,即m点的响应可以表示为                                          160
                                                                    140  135.6
             x m (ω) = φ m1 q 1 (ω) + φ m2 q 2 (ω) + φ m3 q 3 (ω) + · · ·  120
                                      N                             100
                                     ∑
                      + φ mN q N (ω) =   φ mr q r (ω) ,  (2)      വগ᠈࿹᧚/%  80
                                     r=1                            60
             式 (2) 中,φ mr 是响应点 m 的第 r 阶模态振型系数;                      40
                                                                    20
             q r 是第r 阶的模态坐标。                                         0              2.82          1.68  1.37
                                                                                 -3.74  -2.8 -2.27 -1.79  -8.09
                                                                         -12.86 -9.93
                 模态声学贡献度的计算即是求某阶模态所引                               -20
                                                                       M11 M13 M18 M12 M10 M24 M15 M16 M7 M8 Х̵
             起的响应在对总响应中的比重,也就是求模态坐标。                                                  വগ᫽஝
                                                                                      (b) ࢺц2
             通过方程变换可以求得模态坐标为                [7]
                                    f mr                                   图 6  驾驶室模态声学贡献度
                        q r =                  ,        (3)
                                   2
                                                                 Fig. 6 Contribution of modal acoustics in the cab
                            K r − ω M r + jωC r
             式(3)中,f mr 、K r 、M r 、C r 别表示第r 阶激励力、刚
             度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵。
             3.2 计算结果与分析
                 通过有限元软件进行模态声学贡献度分析,
             找出 35 Hz 下各个工况噪声峰值的主要模态贡献
             阶数,进而根据驾驶室结构模态振型对振动位移
             较大的局部结构进行优化,达到降低噪声峰值的
             目的。
                 在驾驶室声 -固耦合模型中分别加载 7 个危险
             工况对应的激励,计算出驾驶室结构在 35 Hz 下的
             模态贡献量。综合统计这7个工况的模态贡献量,确                                    图 7  驾驶室第 11 阶模态振型云图
             定对 35 Hz 噪声峰值贡献量最大的模态阶数都为第                           Fig. 7 The 11th-order modal shape cloud image
             11阶模态,然后根据驾驶室结构第11阶模态的振型                             of the cab
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