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有效设计密封件以提高风噪声性能的计算过程
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摘要：为了有效改善汽车的风噪声性能，在车辆开发过程的早期对密封件噪声进行准确的预测和流动分析是非常重要的。本文描述了在气动声学风洞中测试的SUV车辆的详细信息，以将密封性能
为了有效改善汽车的风噪声性能，在车辆开发过程的早期对密封件噪声进行准确的预测和流动分析是非常重要的。本文描述了在气动声学风洞中测试的SUV车辆的详细信息，以将密封性能与车窗玻璃的密封性能区分开来。然后描述了相应的流体（CFD）和结构声学（SEA）模拟过程，并使用不同的车辆配置对结果进行了比较。从以下几个方面对本文的研究内容进行介绍。
一、实验方法
1.气动声学风洞
在德国斯图加特的?FKFS?全尺寸气动声学风洞中，对捷豹路虎(JLR)生产的揽胜运动型(Range Rover Sport)进行了实验测试。安装在该设施中的这款车的照片如图?1?所示。
图1?路虎揽胜运动型在风洞测试设施中
密封线被粘贴在外部，以减少来自非模拟区域的噪音。对车辆进行测试，所有玻璃面板从内部覆盖了隔音板，以降低面板的透射率并增加目标透射路径的信噪比。通过应用窗口贡献方法，详细研究了左前门贡献。模拟粘土应用于密封的内侧，以进一步减弱声音传播。图2显示了定制的左前侧玻璃绝缘体，其中安装的腻子会阻塞玻璃密封的传输。
图2?带玻璃密封腻子的左前侧玻璃隔热层详图
一个双耳声学测试装置被放置在左前排座位的位置，记录每个耳朵位置的内部噪音。评估了一系列的流速和偏航角度，本文给出了130km/h，0°偏航情况的结果。图 3 显示了面板绝缘、双耳声学测试装置和阻塞腻子应用在门密封系统的内侧。在这种配置中，侧面玻璃绝缘体或玻璃密封腻子交替移除，以强调这些噪音来源和路径。
图3?带双耳声学测试装置和门密封腻子的经过处理的内部
为了与乘员舱内部的模拟SEA声学模型进行比较，将左耳和右耳麦克风的均方脉动压力在三分之一倍频程频谱中进行平均。
2.密封传动实验
来自风洞的同一辆汽车在?JLR?半消声声学测试设备中进行了测试，以估计密封传输系数。声学互易性是通过将体积速度源的喷嘴放置在驾驶员的耳朵位置，同时测量放置在外部密封位置附近的许多表面麦克风和1/2麦克风的声频响应函数来实现的。记录这些麦克风与密封线之间的对峙距离，平均为25?毫米。通过在外部采用圆柱形扩展模型，在每个密封段周围的半圆柱形虚拟表面上积分辐射声强度，估算辐射声功率?Wr。
根据点声源引起的?SEA?混响压力估算密封系统内部的入射声强，并辅以从点声源到密封段中心的直接场计算。利用?CFD?模型中每个密封段的湿润外部流体面积作为估算入射声功率Wi的参考，每个频带中每个密封段的传输损耗以分贝为单位计算如下：
为了减少空间变化，采用了多个点源位置，并在声音传输损失（TL）计算之前对结果进行了功率平均。
二、数值方法
利用图 4 所示的过程对车内的风噪声进行模拟。一个瞬态的、可压缩的CFD代码可快速模拟车辆的外部面板和密封表面上波动的压力负载。在频域中对这些瞬态压力进行了分析，以开发结构声学车辆模型的载荷。对于模型中的每个主动面板，结构和声学负荷进行计算，为车辆模型面板振动和内部舱室噪声提供输入。在该模型中将密封件作为附加面板并入，并与实验TL谱所指定的舱室声音进行声学耦合。
图4?室内风噪声仿真过程
1.外部流动
采用基于格子?Boltzmann?方法(LBM)的计算气动声学(CAA)CFD?求解程序?PowerFLOW 5.4 b，计算非定常流场以及相应的流场诱导噪声的产生和传播。LBM?的基本思想是跟踪流体粒子的运动和碰撞。由于在一个具有代表性的流体体积中，颗粒的平均数量大大超过了单独跟踪它们所需的计算能力，因此颗粒被分组成指数为i的离散方向的整数数目。计算遵循粒子分布函数?fi，该函数表示在特定时间和位置随速度?ci移动的每个体积单位的粒子数，也称为体素。与统计物理学非常类似，流量变量例如密度和速度是通过对粒子分布函数的离散方向集进行适当的矩（求和）来确定的。这个?LBM?求解器在汽车风噪声应用中被广泛使用和验证。
2.噪声传播
统计能量分析(SEA)是通过考虑模态群的统计集合以及它们之间的动态能量交换来模拟中高频动力学的方法框架。湍流对结构的激励作用是通过湍流壁压力波动来描述的，该波动在每个面板上提供了随机分布的力。湍流也辐射声场，即使作用于刚性结构或自由剪切层。这种声场的传播速度大约是高速公路上湍流起伏速度的十倍，与典型结构波长的耦合效率高于湍流。因此，利用低通波数滤波器，在激励公式中将外部声场与湍流分离。
文章来源：《计算机产品与流通》 网址: http://www.jsjcpylt.cn/zonghexinwen/2021/0321/997.html