基于Altair OptiStruct车辆声灵敏度优化分析

　1 引言

　　车辆声学灵敏度性能是车辆开发阶段的一项重要性能指标，很多车辆企业都在车辆早期开发阶段采用虚拟分析的方法开发各项性能，这样可以进行多次优化设计，降低了开发成本。本文以一五门轿车TRIMMED车身为例，采用ALTAIR OPTISTRUCT软件首先进行车辆车身板件导纳和声腔模态分析，识别出车身板件导纳较低的频率和声腔模态各阶频率，从而找到二者的耦合频率，也就是声灵敏度性能比较差的频率。通过板件形貌优化分析改进板件结构设计，改进板件导纳性能以避开声腔模态频率，进而使得车辆声学灵敏度性能得到了改进，满足了目标要求。结果表明，在车辆开发的早期阶段进行车身板件合理的形貌优化分析可以优化车辆的声学灵敏度性能，使其满足目标要求。工作流程图如下：

　　图 1: OptiStruct 分析流程图

　　2 声学灵敏度的概念和作用

　　声学灵敏度描述了乘员舱内驾驶员与乘员耳侧声压和车身与底盘连接硬点力的输入传递关系，如图2所示，它表征了车内声场对结构力输入能量的放大后缩小。在车辆的早期开发阶段，造型还没有完成的情况下，会有很多设计更改的机会，所以考虑声学灵敏度性能的要求十分重要，通过优化设计使得车辆的声学性能在车辆早期开发阶段达到最优。

　　图2: 声学灵敏度模型

　　3 车身板件导纳分析

　　车身板件如图3所示

　　图 3: 车身板件( 1 防火墙, 2 中地板,3 后座椅板, 4 备胎舱板,5 后围板)

　　板件导纳也即车身板件动刚度，描述了板件上各点速度平均值与板件法向输入力的关系。例如：后座椅板导纳分析结果如图4 curve1所示，峰值在100 Hz左右。

　　图 4: 后座椅板导纳结果

　　4 声模态分析

　　声腔模型如图 5所示。声腔模态频率与板件导纳峰值频率对比如表1所示。

　　图 5: Cavity model

　　表 1: 耦合频率

　　从表1得出，耦合频率存在于110 Hz,120 Hz,180 Hz 附近，也就是声学灵敏度较差的

　　5 优化分析

　　5.1 板件形貌优化分析

　　以后座椅板为例，优化前后结构对比如图6和图7所示，优化后导纳如图3 curve2所示，板件动刚度优化后100Hz得到了很好的改进。

　　图 6: 后座椅板原结构

　　图7: 后座椅板优化结构

　　5.2声灵敏度优化分析

　　原结构与各板件优化后声灵敏度响应对比如图8所示。

　　图 8: 前塔形支座输入响应

　　结果表明，板件形貌优化可以改进板件的动刚度性能，进而达到优化声学灵敏度的目的。

　　6 结论

　　采用Altair OptiStruct软件对比分析了车身板件导纳峰值频率和声腔模态频率，找到二者耦合振动的频率。通过板件形貌优化这一方法降低了板件导纳峰值，从而优化了TRIMMED 车身声学灵敏度性能，使得车辆开发的声学性能得到了良好的控制。