汽车噪声翻译.doc

摘要
车厢发出的噪音是影响乘客乘车品质的一个重要因素。在各种不同的车厢噪音问题中，经结构传送的类似轰隆声的噪音会严重影响到车厢内部的声音。
本文将集中研究一台全地形牵引车厢内的噪音问题。牵引车车厢内部是典型的轻量结构，当发动机振动时，就会发出很强的噪音。由于车厢内部结构的复杂性，仅仅对车厢内经结构传送的噪音，尤其是低频率的噪音进行理论性的分析是不可行的。因此，本文采用了一种数值分析法——有限元法对车厢噪音进行分析。
本文采用有限元法来预估车厢内部的噪音。同时，也会对声音的共振腔以及共振频率进行评估和鉴别。在以调查研究经结构传送的噪音的基础上，本文研究发现，一个结构声的有限元模型能够计算出车厢内部与外部空气流动的相互作用。在相应的外部刺激下，可以获得车厢内部的噪音声级，并且能鉴别出在这个声级范围内达到噪声峰值时的频率。本文也量化了声吸收、结构衰减、附加质量和结构加固对车厢内声波响应的影响。同时还会讨论到控制车厢内部噪声的措施。

Chapter 1
1.1
长期以来，降低车厢内部的噪音声级都是一项富有难度的任务。减小噪音的动机来源于一百多年前从汽车问世开始人们对舒适的车内乘坐环境的需求。而今天不仅是社会法律法规对限制机动车辆噪音有明确的要求，同时激烈的市场竞争更迫使设计者们将车厢内的声音环境设计得更加舒适。降低噪音同时体现在经结构传送和经空气传送的声音，尤其是低频率的声音。减小噪音的复杂性缘于要同时考虑到很多与噪声音的因素，比如外部振动的刺激、声源以及振动结构的响应等。由于对振动的刺激更加敏感，轻量级的机动车辆往往会出现车厢内部的噪音问题。
控制车厢噪音的技术可以归为两类：主动性噪音控制和被动性噪音控制。主动性噪音控制利用声源产生第二声场——波长关系来干扰最初不需要的声场。然而这种控制方法只能在低频率的声场产生明显作用。对声场特性定位观测的复杂性是限制主动性噪音控制可行的最主要因素，也是该方法一个多世纪以来并未被广泛运用的原因。被动性噪音控制则是主要的控制车厢内部噪音的方法。与主动性噪音控制法不同的是，它并没有集中于声场的某个目标位置，而是重点限制声源的发散和传播，从而使传到接收者耳中的声能得到控制。在超过1000赫兹的高频率范围内，被动性噪音控制法体现出了很大的优势，它的运用建立在吸音材料的厚度和波长之间的关系基础上。一般来说，如果吸音材料层比四分之一波长厚就能有效的降低噪声。低频率范围内的声音波长通常有几米或更长。由于车厢容积的局限性，在车厢中使用很厚的吸音材料控制低频率噪音是不可行的。因此，工程师和设计者们将重点转向减小车身的振动，从而对车厢内部低频率噪声产生了很大的作用。总体来讲，车厢内部低频率的噪音，也就是经结构传送的噪音是因为受到了车身振动的刺激。而结合不同车身结构的动态特性予以相应的调整就能更有效的实现对车厢内部低频率噪音的控制。
经结构传送的噪音是指实体结构振动而产生的噪声，比如车厢的金属壳层和悬架等。这样的振动会导致空气流动介质中压力的变化从而发出噪音。这类噪声的衰减需要一个阻尼弹性系统在振动源和接收者之间产生干扰。另一方面，经空气传送的噪音产生于空气容积的变化和媒介空气压力的波动。这类噪音基本靠空气传送并且能通过在声源和声音接收者之间设置障碍得以减弱。
以上两种车厢噪音通常都会同时存在，二者可以通过不同的频率特征来区分。引擎、汽车传送的振动和道路不平导致的车身振动都会产生经结构传送的噪音。发动机汽缸的燃烧，流动的风与运转的车身之间碰撞，以及车轮与路面的摩擦是产生经空气传送的噪音的主要因素。这类噪音通常是中高频率范围的典型。而经结构传送的噪音主要被列入低频率的范围。因此，被动性噪音控制可以采用吸音材料来降低经空气传送的噪声，而经结构传送的噪音的减弱还需要结构的优化。

1.2
当机动力传动系部件主要结构的激发点级别达到了250赫兹的频率，通常低于250赫兹是车辆主要的经结构传送的噪声的频率。事实上研究人员已通过实验证实机动车辆中经结构传送的噪声频率通常低于250赫兹，而经空气传送的噪音则高于400赫兹。因路面状况引起的振动通常会产生低于25赫兹的经结构传送的噪音。总的来说，除了崎岖不平的路面以外，通常因汽车发动机振动产生的噪音频率都高于与路面摩擦产生的噪音。车厢内部经结构传送的噪音主要是由不同的发动机和声引起的车身共振而产生的。
修改和调整结构可以降低声音响应的程度。一个振动系统中振幅的响应取决于外在的刺激以及系统的动态特性。车厢主体是一个复杂的振动系统，同时作为发出所有声能来源，它也是噪音控制最重要的部分。因此车辆的设计对于车厢内部噪音的控制起着至关重要的作用。车身结构模式的改变能够降低噪音的声级。而降低的多少取决于车身的结构特性（质量、硬度和阻尼）以及噪音的光谱特征。然而目前还无法设想出任何简单的实践性技术，还需要更具体的分析来决定是否会运用一项或几项措施来降低特定的车厢内部经结构传送的噪音。

1.3
该论文的目的包括评估全地形牵引车车厢的噪音并研究降低噪音的有效措施。每个噪声室都有自己独特的结构与动态特性，这就是为什么没有一个简单的普适的声学设计的原因。由于车厢结构的复杂性，单纯的理论分析是行不通的，这就需要引入数字化的实验分析，结构声学是驾驶室降噪的必修课程，解释结构和流体这两个不同的工程领域之间的相互关系是我们所要面临的一大挑战，FE技术已被证实在研究这两个发面是比较有效的方法，在这种理论中，一个世界领先的FE技术软件ANSYS软件（一种商业软件，由ANSYS等人合作设计于1970年）是一个强有力的实现从多方面分析的程序软件。
这种方法包括三个步骤，首先：建立一个只含空气流体元素的三维模型，用于分析驾驶室内的空气的共振频率情况，这能帮助确定空腔里的空气共振在目标频率范围内是否会增大车内噪音。第二：在激发的谐波下分析结构声学模型，用于考虑驾驶室结构和内部空气流体之间的关系。第三：发掘潜在内部结构负载噪声的降噪措施。
Chapter 2
2.1
这个章节主要归纳前人在以下几个基本方面的所做的研究贡献；第一：结构声学的理论发展。第二：两种主要用于解决结构声学的技术；有限元模型法（FEM），边界元模型法（BEM）。第三：对当地材料性能的研究工作；比如，材料的刚度，强度，及材料的阻尼性能等都影响结构声学的具体表现。
2.2
结构声学的理论发展
声构学是研究流构学之间相互联系的一个分支课题，流体与结构之间的内在联系是气动力弹性学领域内被最感兴趣的主要研究方向，气动力弹性学的定义如下：没有飞行器的结构是完全精确的，所以当其遭受航空阻力的时候，会发生小量的变形，这种影响是非常重要的，因为任何小的形状变形在高速的情况下都会导致航空阻力的变化，从而导致更大的偏差和更大的负载变化，这种恶性的循环，会很快的演变出一些航空现象，比如，摇晃与机翼折断，[www.en.wikipedia.org.2005]。这种航空现象在飞船上的影响远比在高速旅行飞机的上的影响重要的多，然而，研究者发现潜在的流体与结构之间的影响，能够运用到宇宙飞船的声学设计上。
很多的科学家与研究员都致力于结构声学现象。基于传统的机械与振动理论，结构负荷噪声可以描述为一系列局部不等方程式。比如，像一些的弯曲，在一些简单的悬臂梁和金属板上，这种分析方法可以实现功效，[Moster, 2004],从1960年以来，花了很大的力气去把气动力学运用在航天飞船的声学设计上。在1963年Dowell和Voss两人断定，空腔是影响航天飞船稳定性的潜在因素，同年Lyon发表了用封闭空间降噪的文章，[Nfska et al.1982].这迅速的引起了其他的研究。Guy和Bhattarcharya[1973] 研究影响的一个灵活的有限有限腔支持小组发射声音通过小组。随后，Dowell et al[197]在内部噪声领域发展了一种综合的理论模型，这创造了柔性运动所产生的外部声场。