第一讲汽车振动噪声与控制-绪论

汽车振动与噪声控制山东交通学院徐传燕22绪论1.振动的定义2.机械振动的两方面效果3.噪声现象4.振动与噪声控制的方法5.研究领域6.实验及参考书目7.课程安排331.振动的定义振动是表征一种运动的物理量在平衡位置附近作时而增大时而减小的反复变化。42.机械振动的两方面效果破坏：美国TacomaNarrow吊桥在中等风速下，因共振倒塌(气流与大桥共振)利用：振动的筛选，振动沉桩等振动的利用钟表振动压路机混凝土导振器手机振动装置振动筛上课老师听不到而学生听得到的手机响铃？地震–地球表层的快速振动－－位移变化影响车船振动（加速度影响）–车辆平顺性-座垫处振动加速度评价（加权加速度）–0.315m/(s*s),没有不舒适–0.315—0.63，有一些不舒适–0.5—1.0,比较不舒适–0.8—1.6，不舒适–1.25—2.5，很不舒适–2.0,极不舒适–=9.8呢，会是什么现象？机床振动－－降低机床的精度，产生误动作，影响其性能机械噪声－－纺织厂工人耳聋耳背、钻孔机、打桩机、导振器等遇到气流时飞行中的飞机－－气流引起的共振导致飞机折翼遇到海浪时航行中的轮船－－海浪引起的共振引起轮船断裂导弹遇到空气流引起的振动－－会影响导弹的命中率振动的危害对人体的影响（频率）–全身振动的生理反应对机械结构–风吹桥垮–加工精度–驾驶稳定–瞄准精度–影响结构疲劳寿命(1)Tacoma峡谷大桥(1940.7.1－－1940.11.07)(BarneyElliot,HarbineMonroe)舞动的格蒂Tacoma大桥坍塌事故9强壮的格蒂－－1950今天的塔科马海峡大桥－－2007卡门涡街11流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋。卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学所研究的一种现象。流体绕流高大烟囱、高层建筑、电线、油管道和换热器的管束时都会产生卡门涡街。出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。如果力的频率与物体的固有频率相接近，就会引起共振，甚至使物体损坏。这种涡街曾使潜水艇的潜望镜失去观察能力，海峡大桥受到毁坏，锅炉的空气预热器管箱发生振动和破裂。但是利用卡门涡街的这种周期的、交替变化的性质，可制成卡门涡街流量计，通过测量涡流的脱落频率来确定流体的速度或流量。卡门涡街（Kármánvortexstreet）卡门涡街是指流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋共振英国渡桥电厂冷却塔(1965)塔高122m,钢筋混凝土结构1965年11月1日，英国渡桥电厂的8座冷却塔在8级风中倒掉了3座．1973年9月27日，英国Ardeer又在大风中倒掉了1座冷却塔。－－共振日本核试验引起的地震1415冯卡门1954年在《空气动力学的发展》一书中写道塔科玛海峡大桥的毁坏，是由周期性漩涡的共振引起的。设计的人想建造一个较便宜的结构，采用了平钣来替代桁架作为边墙。不幸，这些平钣引起了涡旋的发放，使桥身开始扭转振动。这一大桥的破坏现象，是振动与涡旋发生共振引起的。Tacoma大桥主要是基于静强度理论设计，对于动力学特性没有充分考虑。在工程设计中静力学设计与动力学设计同等重要Tacoma大桥坍塌原因163.噪声现象振动是噪声的主要来源，同时振动通过基础传向各方，而从环境工程的角度讲振动污染是指对人体及生物带来有害的影响。17振动噪声对人体危害181.晕动病晕动病，是晕车、晕船、晕机等的总称。它是指乘坐交通工具时，人体内耳前庭平衡感受器受到过度运动刺激，前庭器官产生过量生物电，影响神经中枢而出现的出冷汗、恶心、呕吐、头晕等症状群。192.振动病长期接触强烈振动，可引起一种手部血管痉挛、骨关节改变和神经末梢感觉障碍为突出特征的疾病，称为振动病，也成振动性白指或职业性雷诺现象。主要表现：夜间手剧痛，振动觉、温热觉、痛觉障碍，手指呈节段性苍白或白斑样分布。患者感觉手指麻木、僵硬，有蚁行感。203.司机：受振动危害的职业之一司机是长期工作在振动环境的人，据日本对370名拖拉机司机的的调查，发现骨关节、胸部和腰椎发生病变的比例分别为71％、52％和8％。腰椎和胸部同时发生病变比例达到40％，工作10年以上人病变比例达到80％。216.次声(频率为0.0001Hz～20Hz的声波)1890年，一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。20年后，人们在火地岛海岸边发现了它。奇怪的是，船上的东西都原封未动，完好如初。船长航海日记的字迹仍然依稀可辨；就连那些死已多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”。22原因马六甲海峡惨案，是因为货船在驶近该海峡时，恰遇海上起了风暴。风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。汽车振动噪声23因为位移过大可能引起结构各部件之间的相互干涉，比如汽车的轮轴与大梁因为振动而频繁碰撞，造成大梁过早损害，并危及行车安全。汽车在运行过程中各总称部件都要产生噪声为了研究上的方便，常将汽车噪声按其产生的原因进行分类，即燃烧噪声、机械噪声、气流噪声(发动机的进、排气)5.振动与噪声的控制方法241、消振（声）2、隔振（声）3、结构改进25噪声的控制依据：声源振动产生声音空气等介质的传播耳膜的振动26噪声的控制减少噪声的主要途径有：①控制噪声声源②阻断噪声传播③在人耳处减弱噪声改变、减少或停止声源振动隔声、吸声和消声戴护耳器，如耳塞、耳罩、头盔等消声器27消声门28消声室29汽车性能测试30医学测试31用途：(工业)控制室、设备间、精密仪器检测、测试(民用)医学检查、科学研究、音乐练习、听力测试某电子厂隔声测试房惠而浦公司在线噪声测试房隔声房虽然各个不同领域中的现象虽然各具特色，但往往有着相似的数学力学描述。正是在这个共性基础上，有可能建立某种统一的理论来处理各种振动问题。借助数学、物理、实验和计算技术，探讨各种振动现象，阐明振动的基本规律，以便克服振动的消极因素，利用其积极因素，为合理解决各种振动问题提供理论依据。学习振动理论的目的之一：动态分析和设计的需要掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动对工程结构和机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。学习振动理论的目的之一：解决汽车NVH问题的需要现代汽车的技术发展方向主要包括：安全、环保、信息化、低成本和舒适性。其中，舒适性的提高主要依赖NVH技术的发展和支持。“NVH是汽车工业角逐的新战场，它向消费者有力地证明了产品的质量。”汽车NVH的含义汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness）问题即汽车的噪声、振动与舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而国际上各大汽车公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。汽车NVH研究现状汽车NVH的含义国外研究现状国内研究现状国外研究现状具有汽车NVH的正向开发能力具有先进的汽车NVH测试、分析方法和条件具有解决汽车NVH问题的丰富经验具有汽车NVH的正向开发能力1)具有专门的噪声研究及设计队伍,把低噪声汽车产品的设计制造作为产品开发的主要目标之一,从整车到零部件及总成均制定了相应的控制目标。从设计、工艺、制造等各个环节都围绕实现低噪声产品而开展。在技术方法上,国外已研究并成功应用了一系列的先进设计、分析和测试方法,如在设计阶段,采用先进的声学设计软件,如SysNoise等进行声学设计；在声源识别及结构声场耦合方面的研究,也已采用和形成了一系列基本成熟的技术和方法,如传递函数测量(FRF)、有限元法(FEM)、边界元法(BEM)、传递途径分析(TPA)、统计能量分析(SEM)、声强法(SI)、声全息法（NAH）等。2)汽车工业发达国家经过长期的研究和实验积累，已经形成了一套相对成熟的汽车噪声振动分析、控制和产品声学设计方法，可以在产品设计阶段对所设计产品的声学性能进行分析评价和修改，实现汽车产品的动态择优声学设计。38国内研究现状起步较晚，进步很快汽车NVH测试分析能力及工程实施方面提高很快汽车NVH正向开发能力非常薄弱国内研究现状我国的NVH理论研究和实验研究起步较晚，在上世纪末期才有些汽车厂家对汽车变速箱、动力总成、悬置系统等部件的NVH特性进行实验研究，还没有达到对汽车整NVH特性研究的高度和深度。合资汽车生产企业采用了外方母公司引进或推荐的软硬件，构成最基本的振动噪声分析系统，主要工作是采用商用分析软件，测试分析车辆的噪声指标。在NVH方面基本上没有我国自主知识产权的系统在汽车工业界应用。国内开展该领域研究较早的单位有上海交大、合肥工业大学、上海泛亚、上海同济同捷科技股份有限公司、吉林大学、清华大学，取得了不错的成绩。41•振动基础•信号处理•相关软件振动与噪声控制研究领域振动基础基础力学理论：材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、强度理论、计算力学及相关应用一般力学和振动理论:静力学、运动学、动力学、稳定性、线性、非线性、自激、随机振动、转子动力学等...数学与非线性科学：非线性科学、现代调和分析与分形数学理论、微分几何与群论算子理论、应用数学...结构可靠性及优化设计：系统可靠性理论、表征及分析方法，优化方法、各种优化设计方案及其具体实现...控制理论及应用：减振、隔振、阻振、消振，各种控制理论及应用及其在动力学中的应用...NVH及振动利用工程：探讨NVH行业实际工程问题、振动利用技术...声学基础及噪声治理声学相关的各种基础理论，冲击和机械噪声、建筑声学、水声学、电声学治理...信号处理振动实验与测试技术：智能化测试仪器及传感器、振动、冲击、噪声的实验方案设计和实现方法...信号处理方法：各种信号处理方法及其实现、参数提取、模型分析以及系统设计、研制、应用等...人工智能与模式识别：神经网络、遗传算法、人工免疫算法、支持向量机、模式识别、机器视觉等...故障诊断及健康监测：机械故障诊断技术基础理论、方法及应用、结构健康监测、损伤识别等技术...软件计算流体力学：Fluent、Gambit、Cfx、Numeca、STAR-CD、Phoenics、FEPG、Icem-cfd等软件声学分析软件：sysnoise、AutoSea、EASA、VeryCD、RAMSETE等声学分析...仿真软件Matlab：各种连续、离散及混杂系统simulink动态建模、仿真和分析...软件虚拟仪器：LabVIEW、LabWindows/CVI等虚拟仪器的编程、应用和设计CAE软件：Ansys、Patran、Nastran、Marc、Adams、Dytran、Fatigue、Easy5、Actran数学软件：Maple、Mathematica、MathCAD、Origin、Tecplot、Excel等数学工具的应用6参考书目48教材：《汽车振动与噪声控制》（人民交通出版社，陈南主编）参考书：《噪声与振动控制技术基础》（科学出版社，盛美萍等主编）《振动力学》（西安交通大学出版社，倪振华主编）等其他参考资料：期刊《振动工程学报》、《振动与冲击》等及网络资源中国振动联盟等实验：振动噪声实验7课程安排49教学内容•振动理论基础（第1章）•声学理论基础（第2章）•汽车振动分析与控制（第3、4、5章）•汽车噪声分析与控制（第6、7、8章）50考核方法考核方法：采用考勤、平时考核和期末测验结合的方法进行。期末考试采用闭卷方式，期末考试成绩与平时成绩在总成绩中的比重为7:3。