车辆乘坐室声学泄漏分析的声振耦合有限元模型

　　车内低频噪声对车辆乘坐舒适性的不良影响十分显著。目前,这一问题已经引起学术界和工程界的普遍重视,车身结构的低噪声设计以及车内噪声的主动和被动控制技术已成为国内外的研究热点。

　　车身结构低噪声设计以及车内噪声控制必须建立在对车内噪声的正确分析和预估的基础之上。车身乘坐室为典型的弹性薄壁腔体结构,其内部噪声与壁结构振动间存在着强烈的耦合关系。目前的研究方法主要有声弹性法、有限元法、边界元法、统计能量分析法等。其中,有限元法理论简单、使用方便、容易理解和接受,因而较为广泛应用。但是,以往在有限元建模时,仅把车辆乘坐室当成密闭腔体,忽略了实际存在的通风、空调管道以及门、窗缝隙等因素,即忽略了“声学泄漏”,因而造成一定误差[1,2]。事实上,乘坐室声学泄漏会对其低频声学特性产生显著影响,主要表现为出现附加低频声模态[3]。在进行车内低频噪声分析及预估时,必须对此给予足够重视。

　　车辆乘坐室的声学泄漏可以通过在建模时引入适当的边界条件来处理。Kanarachos和Antoniadis认为在泄漏边界上的腔体内、外部声压或内、外部声位移势相等,据此给出一组声学泄漏边界条件[4]。显然,这种泄漏边界条件仅适用于腔体内、外部声空间直接相连的情形。然而,车辆乘坐室的内、外部声空间一般并非直接相连,而是通过通风、空调管道来连接,并且这是不可避免的(而门、窗缝隙可以通过改善密封性能来消除)。因此,该泄漏边界条件并不适用于处理车辆乘坐室的声学泄漏问题。本文提出了一种新的声学泄漏边界条件,可将乘坐室内、外部声空间的中间连接通道,以下简称“泄漏通道”的影响考虑在内。当泄漏通道的长度趋于零时,即回归到Ka-narachos和Antoniadis的泄漏边界条件。然后,将所提出的泄漏边界条件引入到声振耦合分析的有限元模型中,使模型具备了对实际车辆乘坐室声学泄漏问题的处理能力。

　　1　边界条件

　　图1所示为具有泄漏通道的任意形状弹性薄壁腔体。假设在腔体内部声空间中没有宏观的空气流动,空气介质的质点仅在其平衡位置附近振动。并且假设内、外部声空间之间也没有宏观的空气流动,即在腔体内部的空气质量始终保持不变。图中的虚线表示泄漏边界的位置,V为声空间体积,nx为泄漏边界的单位外法向矢量,Lx为泄漏通道的长度,p、p0分别为泄漏通道内、外侧出口处的声压,n为非泄漏边界处的单位外法向矢量。

　　设p沿nx的变化率与泄漏通道内声压沿Lx的变化率相同,且声压在通道内呈线性变化,则有: