基于混合方法的声腔内部噪声预测
万方数据
第１０期陈书明等：基于ＩｒＥ—ＳＥＡ混合方法的声腔内部噪声预测２３７
Ｄ。＝Ｄ。＋∑Ｄ≯（７）式中：仇为有限元模型子系统的动力刚度矩阵；Ｓ矿为施加在有限元子系统上激励力的互谱；Ｄ…Ｃｋ’为子系统ｋ的平均动力刚度矩阵，取为子系统ｋ的振动能量；以为子系统ｋ的模态密度；∞表示圆频率；下标钾表示确定性系统；下标∥表示互谱；下标ｋ和上标（ｋ）均表示第ｋ个子系统；下标ｄ表示动力刚度；下标ｔ表示总动力刚度。由于各个子系统功率平衡，则ＦＥ－ＳＥＡ耦合系统的功率平衡方程为【７】：
∑ｔｏ叼ｊｋｎｊ（生一生）＋ｇｏＥｙ（ｎｊ＋％）＝ｏ＋Ｐ。Ｊ
ｋ
、ｎｊ，‰７
－『＝１，２，３…，（８）式中：＇７『为子系统歹的内损耗因子，Ｐ，为子系统，的输入功率；Ｐ。．，为由施加在确定性系统上的力产生的输入功率；叼陆为子系统歹和ｋ的耦合损耗因子；下标Ｊ、ｋ分别表示第Ｊ、ｋ个子系统。由式（８）可以得到系统的能量响应，由式（６）可以得到确定性系统的响应。
３数值仿真
声腔一平板一声腔的ＦＥ—ＳＥＡ混合模型是ＦＥ—ＳＥＡ理论的一个应用，建立声腔一平板一声腔的ＦＥ—ＳＥＡ混合模型，模型如图ｌ所示，平板为厚度１．５ｍｍ的正方形钢板，面积为１ｍ２，密度为７８５０ｋｓ／ｍ３，泊松比为０．２９。弹性模量为２．０７Ｘ１０¨Ｐａ，声腔是边长为１ｍ的立方体。混合模型中，将平板划分成２６０１个四边形单元。同时。建立声腔一平板一声腔的ＳＥＡ模型，如图ｌ所示。
图１声腔一平板一声腔的ＦＥ．ＳＥＡ混合模型及ＳＥＡ模型Ｆｉｇ．１ＦＥ—ＳＥＡａｎｄＳＥＡｍｏｄｅｌｓｏｆＣａｖｉｔｙ—ｐｌａｔｅ—ｃａｖｉｔｙ
飞
嚣
翻
拍
辎
１／３倍频程中心频率／Ｈｚ
图２声腔的模态密度
Ｆｉｇ．２Ｍｏｄａｌｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｏｕｎｄｃａｖｉｔｙ
模型建立时务必使声腔与平板进行耦合，以保证能量之间的传递，忽略声腔边界条件对模型的影响。通过模态密度及耦合损耗因子计算理论Ⅲ】，计算声腔模态密度及ＳＥＡ模型声腔—平板间的耦合损耗因子，如图２、图３所示。
０．００２
害…００ｓ
拦
罪０?００１
≈ａ
瓣０．０００５
Ｏ
静
较
杂
臻
１／３倍频程中心频ｇｔＨｚ
图３ＳＥＡ模型声腔．平板间的耦合损耗因子
Ｆｉｇ．３Ｃｏｕｐｌｉｎｇｌｏｓｓｆａｃｔｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎ
ｃａｖｉｔｙａｎｄｆｌａｔｐｌａｔｅｉｎＳＥＡｍｏｄｅｌ
图４ＳＥＡ模型与混合模型中板的辐射效率
图５ＦＥ．ＳＥＡ混合模型及ＳＥＡ模型接收声腔的响应
‘
Ｆｉｇ．５Ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒｃａｖｉｔｙ
ｉｎＨｙｂｒｉｄＦＥ—ＳＥＡａｎｄＳＥＡｍｏｄｅｌｓ
分别在ＳＥＡ和ＦＥ—ＳＥＡ混合模型的一侧（即声腔１）施加９４ｄＢ的激励，计算另一侧声腔２的响应。ＳＥＡ模型和混合模型中板的辐射效率如图４所示，从图４可以看出，在２０Ｈｚ～８００Ｈｚ频率范围内，除４００Ｈｚ外，ＦＥ板的辐射效率要基本高于ＳＥ板，而在８００Ｈｚ以上，ｓＥ板的辐射效率要高于ＦＥ板，但二者相差不大。声腔２的响应如图５所示。从图５可以看出，２０Ｈｚ～１００Ｈｚ频率范围内，ＦＥ—ＳＥＡ模型与ＳＥＡ模型预测结果相差较大；在１００Ｈｚ以上，二者吻合较好。
在结构板与声腔的耦合系统中，往往是声腔对平板进行包络，声波从板的一侧传到另外一侧，一部分声波通过平板透射过去，一部分通过平板进行反射，其余部分在传播过程中被衰减。声腔的内损耗因子直接反映声波在声腔传播中能量的损耗，其计算精度直接影响着声腔的响应，另外，声腔与板之间的耦合损耗因子
的计算精度也是影响声腔响应的重要因素之一。万方数据
振动与冲击２０１０年第２９卷
４车身子系统混合ＦＥ－ＳＥＡ模型
以某国产轿车的后风挡玻璃为例，后风挡玻璃的ＳＥＡ模型和有限元
模型如图６所示。
建立声腔一后风挡
玻璃一声腔的ＦＥ－
ＳＥＡ混合模型，内侧
声腔对应车内声腔，
ｓＥＡ模型ＦＥ模型
外侧声腔对应车外图６后风挡玻璃ＦＥ和ＳＥＡ模型
声腔。后风挡玻璃Ｆｉｇ?６ＦＥａｎｄＳＥＡｍｏｄｅｌ
厚３．２ｍｍ，面积为ｏｆｒｅａｒｗｉｎｄ８ｈ１。ｌｄ
０．７９ｍ２，密度为２４００ｋｇ／ｍ３，泊松比为０．２，弹性模量为７．０×１０１１Ｐａ，内侧声腔和外侧声腔分别与ＦＥ后风挡玻璃耦合，内侧声腔体积０．７４７ｍ３，外侧声腔体积０．６８０ｍ３。
对后风挡玻璃进行传声损失测量试验，试验在消声室内进行，消声室本底噪声总声压级为２７．５ｄＢ（Ａ），在１／３倍频程中心频率上，中心频率大于２５Ｈｚ时，本底噪声与试验噪声相差ｌＯｄＢ（Ａ）以上，中心频率为２０Ｈｚ时，本底噪声与试验噪声均接近Ｏ，试验环境满足工程要求。将被试轿车静置在消声室内。拆除被试轿车内饰，在后风挡玻璃内侧（即车内）放置１个声源，且在内侧声腔及外侧声腔（即车外）中部各放置１个传声器，操作声源使其发出白噪声，采用ＬＭＳ振动噪声测试系统对内侧传声器及外侧传声器信号进行测量，内侧声激励如图７所示。
ｌ，３倍频程中心频率／Ｈｚ
图７内侧声腔激励
Ｆｉｇ．７Ｓｏｕｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｓｉｄｅｃａｖｉｔｙ
ｌ，３倍频程中心频率／Ｈｚ
图８外侧声腔响应
Ｆｉｇ．８Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｃａｖｉｔｉｅｓ
外侧声腔响应及试验结果对比如图８所示，从图８可以看出，在２０Ｈｚ～４００Ｈｚ频率范围内，ＦＥ．ＳＥＡ混合模型的预测结果优于ＳＥＡ模型的预测结果，ＳＥＡ模型预测结果误差较大；在４００Ｈｚ一２０００Ｈｚ频率范围内，
除个别频率点外，ＦＥ－ＳＥＡ预测结果与试验结果吻合较
好；在２０００Ｈｚ以上，ＦＥ．ＳＥＡ模型与ＳＥＡ模型的预测结果较一致，均接近试验值。
试验时，拆除了座椅、地毯等内饰，模型与试验条
件较为接近，但模型忽略了声腔车身边界条件，是造成
误差产生的主要原因。
５结论
本文采用ＦＥ．ＳＥＡ混合建模方法建立了声腔一平
板一声腔的ＦＥ．ＳＥＡ混合模型，并建立了声腔一平板一声腔的ＳＥＡ模型，对施加激励后的模型进行了分析预
测，并将ＦＥ．ＳＥＡ模型和ＳＥＡ模型的预测结果进行了对比，结果表明，ＦＥ．ＳＥＡ模型在中高频段与ＳＥＡ模型
的预测结果吻合较好；
建立了轿车后风挡玻璃的混合模型，即声腔一后
风挡玻璃一声腔的ＦＥ—ＳＥＡ混合模型，同时建立了声
腔一后风挡玻璃一声腔的ＳＥＡ模型，对ＦＥ．ＳＥＡ混合模型及ＳＥＡ模型进行了响应预测，并与试验结果进行
了对比，对比结果表明ＦＥ．ＳＥＡ模型响应预测精度较高。
参考文献
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一《曼鏖赵设
阳∞蚰蚰∞加＂
万方数据