汽车发动机油底壳的振动噪声性能分析与优化

件的距离无关，以辐射声功率作为油底壳的另一个声辐射性能评价指标。

用阶次跟踪法计算各工况下的辐射声功率级，如图16 所示。

图16 各工况下原油底壳的辐射声功率级分布

从上图16 可以看到各工况下的辐射声功率级在每个模态频率点处较大,而且在500Hz内的中、低频段原结构件的前四阶模态频率附近，即142Hz、173Hz、211Hz、227Hz 附近，发动机各阶次的辐射噪声尤为显著。

本文的第4 节将针对低频段的模态刚度及噪声进行优化，设计出一款减少低频段噪声并降低总体辐射噪声的油底壳。

2 原油底壳隔声性能的仿真

2.1 建立隔声分析模型

隔声分析中考虑声学分析精度以及空气流体与结构件的耦合，防声墙的模拟做到准确定位声源输入场与透射声场，声源类型为模拟扩散场的分布平面波，透射声场为自由场,如图17 所示。

图17 原油底壳的隔声分析模型

2.2 原油底壳的声传递损失计算分析

声传递损失是指入射声功率和透射声功率之比值，如式(8)所示，入射声功率与入射场总声压、声阻抗及结构件的几何有关，在满足场点的分布精度及声学边界处理精度条件下，透射声功率与声源激励、结构件本身的模态特性有关,因此以声传递损失作为结构件的隔声性能评价指标。

利用Virtual Lab 软件用边界元法进行声传递损失的计算。作为参考，仅列出某一转速下原油底壳的声传递损失频谱曲线，如图18 所示。

图18 原油底壳的声传递损失频谱

从上图18 可以看出，原油底壳的声传递损失变化浮动较大，而且在结构模态频率点附近,即142Hz、173Hz、211Hz、227Hz 附近，声传递损失明显下降，说明在这些模态频率附近其隔声性能下降从而其透射声功率明显增大。这是因为，当声源激励频率接近发动机结构模态频率时油底壳上的两波发生共振而产生波的吻合,此时油底壳的振动与空气中声波的振动达到高度耦合，声能大量地透射过油底壳。声源激励大小为1Pa、分析步长为2Hz 时2000Hz内原油底壳的总透射声功率为86.68dBrms。

本文的第4 节将针对低频段的噪声进行优化，设计出一款减少低频段透射噪声的油底壳。

3 原油底壳声音品质的仿真

3.1 模型建立

参见图9。

3.1 合成声音采集

图19 至图23 分别为原油底壳上、下、左、右、前方一米远处场点的辐射声音合成信息。从声音回放可以感觉到，各场点的声音在听觉上抖动频繁而且比较粗糙，随着发动机转速的提高声音变得尖锐刺耳。

4 噪声优化

噪声优化分两个步骤，即，先对原油底壳进行形貌优化，之后采取橡胶隔振措施达到更好的减振降噪效果。形貌优化的目的主要是为了加强油底壳的刚度、减小低频段的振动噪声；而橡胶隔振器阻尼大，吸收机械能量强，尤其是吸收高频能量更为显著，可以用来控制结构振动参量（例如，加速度）并降低辐射噪声参量（例如，声功率级、声压级）。

4.1 油底壳改进后的发动机整机模型

对油底壳进行形貌优化后再用橡胶材料采取隔振措施，发动机整机模型如图24 所示。

图24 油底壳改进后的发动机整机模型

4. 2 油底壳改进后的发动机整机模态计算分析

油底壳改进后的发动机整机前十阶模态计算结果如表2 所示。

表2 改进油底壳后发动机整机前十阶模态计算结果

从表2 可以看出，油底壳改进后的发动机整机第一阶模态频率较原来的第一阶模态频率提高87.2%，模态数明显减少。

4. 3 油底壳改进后的动态响应计算分析

对应于原油底壳，图 25 至图30 分别为改进后油底壳的左侧、右侧、前侧、前底部、后底部、斜坡部位某点的振动加速度级。可以看出，改进后油底壳的振动加速度级明显降低。

4. 4 油底壳改进后的辐射噪声计算分析

图 31 为发动机某一转速（与1.4 中的工况相同）时改进后油底壳上、下、左、右、前侧五个场点处的声压级频谱。

图31 改进后油底壳上、下、左、右、前侧五个场点处的声压级频谱

从图31 可以看到，改进后的油底壳辐射声压级在低频段降幅较明显，而且上、下、左、右、前侧1 米远的五个场点其总辐射声压级均明显降低，分别为54.7dBrms、61.1dBrms、57.2dBrms、56.6dBrms、46.5dBrms，较原油底壳的总辐射声压级分别降低9.6dBrms、8.3dBrms、8.9dBrms、12.3dBrms、20.7dBrms。

用阶次跟踪法计算各工况（与1.4 中的各工况一致）下的辐射声功率级，如图32 所示。

图32 各工况下优化后油底壳的辐射声功率级分布

从图32 可以看到，改进油底壳的辐射声功率级明显降低，而且在500Hz 内的中、低频段结构件的模态频率附近没有出现明显的噪声辐射峰值，而且每个转速下的总辐射声功率级均明显降低。

4. 5 改进后油底壳的声传递损失计算分析

利用 Virtual Lab 软件用边界元法进行声传递损失的计算。作为参考，仅列出某一转速（与2.2 中的工况一致）下改进后油底壳的声传递损失频谱曲线，如图33 所示。