一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量及优化方法与流程

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一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量及优化方法与流程

本发明涉及一种车门密封条隔声测量及优化方法,尤其是涉及一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量及优化方法。



背景技术:

汽车车门轮廓多为复杂三维空间曲面,车门闭合会形成狭长间隙,是车外噪声传入车内的主要路径。密封条安装在车门-侧围的钣金间隙中,能够有效隔绝车身外部噪声,尤其是高速行驶时车身近表面空气快速流动而形成的湍流噪声,气吸噪声等,对提升车内声环境有着重要作用。

车身密封性能受密封条橡胶材料超弹性特征、外部压缩载荷以及钣金匹配空间等多学科变量作用,对车门开合力、高速风噪性有重要影响,是汽车车身研发中的复杂问题。面向高速行驶新工况,车门及车窗密封系统必须满足更苛刻的高速隔音、隔噪等密封要求。

由于车门-侧围钣金具有复杂空间曲面,以及车门铰链轴线的后倾角和内倾角,这两个因素导致车门关闭状态时,在不同位置处,车门与侧围之间分缝间隙差别较大,车门密封压缩方向和压缩量都有较大变化,导致车门密封系统实际上具有非均匀压缩状态及隔声性能。因此车门密封条的隔声优化设计,必须深入量化考虑该非均匀闭合压缩状态带来的影响。

传统方法多使用原始密封截面进行隔声分析,甚至进行了一定程度的简化,没有考虑车门密封系统的实际装配和压缩闭合状态下的真实截面几何条件。因此,该变化后的几何条件如何进行量化,以及他们对隔声性能的影响,都无从得知。



技术实现要素:

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量及优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量方法,该方法包括如下步骤:

(1)建立车门-密封条-车框闭合压缩有限元仿真模型对车门闭合压缩进行仿真;

(2)根据仿真结果获取密封条密封闭合压缩变形后的几何状态;

(3)对密封条进行分段得到多个密封隔声截面,根据步骤(2)的几何状态对各个密封隔声截面的压缩状态进行量化;

(4)输入密封隔声截面的压缩状态量化值,对各个密封隔声截面建立基于双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型;

(5)通过双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型进行隔声仿真获取对应密封隔声截面的隔声量。

步骤(3)中对密封条进行分段得到多个密封隔声截面包括车门顶端密封隔声截面、门锁密封隔声截面和铰链密封隔声截面。

步骤(3)中对密封隔声截面的压缩状态进行量化具体包括压缩量和压缩比,具体地,压缩量l′和压缩率cr分别为:

l′=l0-l1,

其中,l0为压缩方向上密封隔声截面最外侧的最大初始宽度,l1为密封隔声截面处车门钣金位移量。

步骤(4)和步骤(5)通过声学分析软件actran进行隔声仿真模型的建立和仿真。

一种考虑压缩状态影响的车门密封隔声优化方法,该方法采用上述车门密封条隔声测量方法进行密封条隔声量测量后还进行如下步骤:

(6)对于某一密封隔声截面,针对不同的压缩状态量化值,分别重复执行步骤(4)~(5)得到不同压缩状态量化值下密封隔声截面的隔声量,进而建立各密封隔声截面隔声量与压缩状态量化值的回归模型;

(7)根据密封隔声量要求从步骤(6)得到的回归模型获取得到密封条密封隔声截面的压缩状态量化值,进而确定密封条截面几何状态,对密封条进行优化。

与现有技术相比,本发明具有如下优点:

(1)本发明车门密封条隔声测量方法考虑车门闭合后密封闭合压缩变形,深入量化考虑该非均匀闭合压缩状态对隔声性能的影响,使得测量结果更加符合实际,对车门隔声优化实现更好地支持;

(2)本发明通过压缩量和压缩比对密封条闭合压缩变形后的密封隔声截面的几何状态进行量化,进而明确非均匀几何压缩状态参量与隔声量的关系,通过数字量化的方式更加直观可靠地反应密封条压缩变形后的隔声性能;

(3)本发明车门密封条隔声优化方法通过建立各密封隔声截面隔声量与压缩状态量化值的回归模型,从而在进行密封条隔声优化时能够快速通过上述回归模型得到密封条截面集合状态,方便可靠。

附图说明

图1为本发明考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量及优化方法的流程框图;

图2为闭合压缩前车门顶端密封隔声截面的几何状态结构示意图;

图3为采用有限元仿真模型对车门闭合压缩进行仿真后车门顶端密封隔声截面的仿真结果;

图4为密封条的隔声传递路径示意图;

图5为双层板隔声原理图;

图6为基于双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型;

图7为车门顶端密封隔声截面压缩量为2mm时声音传递损失与声音频率曲线图;

图8为不同压缩率下密封隔声截面传声损失值对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示,一种考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量方法,该方法包括如下步骤:

s1:建立车门-密封条-车框闭合压缩有限元仿真模型对车门闭合压缩进行仿真;

s2:根据仿真结果获取密封条密封闭合压缩变形后的几何状态;

s3:对密封条进行分段得到多个密封隔声截面,根据步骤s2的几何状态对各个密封隔声截面的压缩状态进行量化;

s4:输入密封隔声截面的压缩状态量化值,对各个密封隔声截面建立基于双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型;进而通过双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型进行隔声仿真获取对应密封隔声截面的隔声量。

步骤s3中对密封条进行分段得到多个密封隔声截面包括车门顶端密封隔声截面、门锁密封隔声截面和铰链密封隔声截面。

步骤s3中对密封隔声截面的压缩状态进行量化具体包括压缩量和压缩比,具体地,压缩量l′和压缩率cr分别为:

l′=l0-l1,

其中,l0为压缩方向上密封隔声截面最外侧的最大初始宽度,l1为密封隔声截面处车门钣金位移量。

步骤s4通过声学分析软件actran进行隔声仿真模型的建立和仿真。

一种考虑压缩状态影响的车门密封隔声优化方法,该方法采用上述车门密封条隔声测量方法进行密封条隔声量测量后还进行如下步骤:

s5:对于某一密封隔声截面,针对不同的压缩状态量化值,分别重复执行步骤s4得到不同压缩状态量化值下密封隔声截面的隔声量;

s6:建立各密封隔声截面隔声量与压缩状态量化值的回归模型;

s7:根据密封隔声量要求从步骤s6得到的回归模型获取得到密封条密封隔声截面的压缩状态量化值,进而确定密封条截面几何状态,对密封条进行优化。

本发明主要内容为以下三点:

1)围绕如何获取、量化非均匀压缩状态参量,本发明对上述典型车门密封断面进行车门闭合密封压缩模拟,实现压缩负荷、接触宽度、压缩后截面几何形状等密封状态量化提取,以计入非均匀闭合状态对密封隔声性能影响。

2)围绕如何构建密封隔声模型,计算真实压缩状态下的隔声传声损失,本发明引入实际闭合压缩后的密封几何形变,建立基于双层板隔声原理的有限元—无限元密封隔声模型,揭示车门闭合压缩影响下的密封隔声机理。

3)围绕如何建立隔声传声指标与闭合截面优化的对应关系,本发明基于验证后的有限元—无限元密封隔声模型,通过完成不同压缩状态下的密封结构隔声分析,建立车门非均匀压缩状态与隔声量的回归分析模型。

具体地,非均匀车门闭合压缩截面选取:

根据车门不同位置,将几何非规则的密封系统细分为顶端位置、锁扣位置、门槛位置和铰链位置。基于三维车门—密封系统—侧围装配数模,测量获得不同的密封间隙空间,其最小宽度一般位于旋转铰链位置,最大间隙宽度一般位于车门锁扣位置。实测所得的较大变化的密封断面间隙表明并验证:受不同车门—侧围钣金匹配间隙影响,车门密封系统具有明显的非均匀压缩状态,对车门密封隔声具有重要影响。

非均匀密封闭合建模及仿真:

针对车门实际复杂轮廓,并考虑不同压缩方向,将车门密封分段分截面,截取车门钣金,进行绕车门铰链中心的旋转位移压缩,进行车门闭合动态压缩过程三维模拟。

振动高速行驶中最易造成“泄漏噪声”的位置——车门顶端处,由于密封截面原始几何变化不大,压缩方向近似于泡管法向方向。因此闭合过程中该密封段的压缩变形可作为平面应变问题,可通过二维有限元建模及仿真,分析不同压缩量及压缩方向下的密封变形、与钣金接触状态及内部应力分布。压缩状态进行量化具体包括上文所述的压缩量和压缩比。

计入闭合压缩实际截面的密封隔声模拟:

基于闭合变形后的实际截面几何状态,结果施加密封压缩载荷,并精细化车门密封隔声建模的几何边界条件,联合基于有限元—无限元法,构建计入车门——侧围间隙影响的密封隔声分析模型。使用声学有限元—无限元法建立计入闭合压缩状态的密封隔声模型,对车门闭合时不同压缩状态的密封条进行隔声性能模拟。以声音传递损失tl(transmissionloss),也称为透射损失,来量化密封结构件隔声特性。其中声压级spl的定义为:

式中:p为所测位置处的声压,p0基准声压,是1000hz时的听阈声压,其值为20×10-5pa。

基于密封条压缩变形的仿真结果,细化几何边界条件和密封压缩载荷,联合基于有限元—无限元法,构建计入车门——侧围间隙影响的密封隔声分析模型。其主要步骤如下:

(a)压缩变形分析后的变形结果导入声学分析软件actran中,对密封材料选用2参数的polynomialform材料模型,与之前的静力分析模型保持一致;

(b)泡管内的空气域和辐射声传播的空气域设为有限元场,通过保证空气域网格与密封条实体网格节点的一致性,实现密封表面与泡管内外部空气的耦合关系;

(c)与车身和车门钣金的接触区域处,施加位移约束作为固定支撑边界条件;

(d)在密封截面噪声入射一侧施加扩散声场激励,模拟500-5000hz频率范围内的混响室自由声场;

(e)辐射声传播的空气域外缘设置为声学无限元基底,可实现透射过密封条的声功率计算。

隔声量与非均匀压缩状态参量的回归模型:

通过完成不同压缩状态下的密封结构隔声分析,实现对所建立的有限元—无限元密封隔声模型的有效性与正确性的验证。基于该验证后的压缩状态仿真,以及隔声性能仿真模型,通过大量数值模拟过程,获得不同压缩状态下的各个车门密封截面的隔声性能数据,建立各个非均与截面隔声量与非均匀压缩状态参量的回归模型,支持面向隔声优化的密封截面设计。

本实施例中建立车门-密封条-车框闭合压缩有限元仿真模型对车门闭合压缩进行仿真,根据仿真结果获取密封条密封闭合压缩变形后的几何状态,以车门顶端密封隔声截面为例,如图2所示为闭合压缩前车门顶端密封隔声截面的几何状态结构示意图。图3为采用有限元仿真模型对车门闭合压缩进行仿真后车门顶端密封隔声截面的仿真结果,可见,沿压缩方向,车门顶端密封隔声截面压缩量为4mm。

如图4所示为密封条的隔声传递路径示意图,外部噪声源经过2层密封条橡胶件传送至汽车内部。图5所示为双层板隔声原理图,由双层板隔声原理可知,本发型密封条的隔声原理与双层板隔声原理类似,因此建立了基于双层板隔声原理的有限元-无限元密封隔声模型,具体模型如图6所示,将闭合压缩进行仿真后车门顶端密封隔声截面导入到升学仿真软件,建立上述隔声模型进行仿真得到隔声量。在压缩量为2mm时,通过隔声模型进行仿真得到声音传递损失与声音频率曲线图如图7所示。

为了验证本发明考虑压缩状态影响的车门密封条隔声测量方法的正确性和准确性,进行了试验验证。对于不同压缩率下的密封隔声截面进行了试验测试并与发明方法进行比较,得到如图8所示的不同压缩率下密封隔声截面传声损失值对比图,从图8可见,传声损失仿真值与实验值相差很小,从而验证了本发明车门密封条隔声测量方法的正确性和准确性。

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