由于其自身辐射面积大、刚度相对较低，缸盖罩、链壳及油底壳等薄壁件是发动机辐射噪声的主要来源。根据相关经验，由发动机三大薄壁件引起的辐射噪声占发动机辐射噪声总量的 40-60%。因此，在设计过程中，如何得到拥有良好 NVH 性能的薄壁件设计方案，是 NVH 设计必须考的事情。

 

针对薄壁件的辐射噪声问题，传统的手段是进行结构改进。结构优化一般是通过加筋、增加固定螺栓等方式，减小薄壁件表面振动速度以降低辐射噪声水平。而结构优化会受到空间等因素的限制，往往不能达到很好的改善效果。

 

通过减小激励输入来降低振动的方法，能够有效改善薄壁件引起的辐射噪声问题。例如在薄壁件与缸体相连的螺栓之间采用隔振措施，可以在很大程度上减小振动激励的传递。

 

利用多体动力学与有限元计算结合的方法，对发动机本体振动进行了仿真分析，可以有效评估盖罩辐射噪声的影响，但因为计算模型较大，周期较长，影响较大，有必要对在设计前期，即对盖罩等薄壁件单体进行振动噪声相关分析及评价。本文以油底壳为例，进行了其振动噪声相关性能分析，并进行试验验证。

 

2. 模型建立

2.1 结构介绍

对缸盖进行几何清理后，建立缸盖有限元模型，采用成 C3D10I 二阶四面体单元。盖罩结构如图 1 所示。

 

 

图 1 缸盖罩结构图

 

2.2材料及属性

油底壳采用铝合金材料，螺栓连接采用couple-kin与beam梁单元连接。

 

表 1 材料属性表

 

 

2.3 边界条件说明

主要分析内容包括模态分析、振动响应分析、辐射声功率分析。

振动响应分析中，选取各螺栓处施加振动激励，本分析中以振动加速度为计算激励。

 

3. 模态分析及优化

模态分析是盖罩振动噪声特性分析的前提，通常在模态达标后，进行振动、辐射噪声特性分析。

 

薄壁件模态优化分析采用正向开发设计技术，定义优化空间如下图所示。定义模态优化目标为约束，体积为目标。

 

 

图 2 盖罩模态优模型

 

改进优化分析后，为设计提供改进建议，结合工艺，确可行设计方案。

 

 

图 3 盖罩结构优化设计方案

 

改进后，模态提高，且避免了大面积的呼吸状模态，后续可通过盖罩辐射噪声等分析进一步确认改善效果。根据模态结果，选择振动较大等位置，进行结构的面刚度分析，取点如错误！未找到引用源。所示。分析频率取 500~3000Hz，刚度取对数处理，取点及刚度结果如图 4 图 1 所示。

 

 

图 4 油底壳关注点的面刚度

 

4. 振动响应分析

通常在螺栓处施加单位振动激励，基于 Abaqus 的 steady-state dynamics 分析步，进行油底壳的振动响应分析，分析盖罩振动速度等，分析频率取 500~3000Hz，输出表面振动速度。

 

 

图 5 某频率下振动速度云图

 

基于振动的计算结果，进行薄壁件的辐射声功率的分析，对薄壁件NVH性能优化提供参考，也为选型提供依据。

 

通常关注3000Hz以内的薄壁件辐射声功率对比，不同方案对比如图 6所示。结构优化设计后，频率提高，辐射声功率最大峰值有改善。

 

 

图 6 辐射声功率改善对比

 

5. 结论

（1）基于 Abaqus 软件，结合振动输入，建立了油底壳等薄壁件模态、面刚度、振动速度、辐射声功率的 CAE

分析方法。

（2）对油底壳结构刚度提供改进建议，并预测改进的效果。

（3）通过仿真、试验对比，表明该方法能较为准确，快速的对薄壁件单体进行振动噪声特性的分析及改善，相对于整机模型建模，能大大缩短时间，且在完成整机振动分析前，可以利用标准激励，快速评估薄壁件振动噪声特性，并提供改进建议。

 

资料来源：达索官方