摘要
汽车车内噪声按照传播途径一般分为空气声和结构声，对于车内中高频空气声的降噪处理方式，国内外广泛采用的措施是进行声学包装处理，目前对于这类空气噪声问题的处理技术已经比较成熟且已达到比较理想的降噪效果，而控制由汽车壁板件振动向车内辐射的低频（20~200Hz）结构噪声一直是汽车NVH领域存在的重难点问题。使用传统阻尼减振材料或橡胶减振材料对治理由汽车壁板件振动而向车内辐射的低频（20~200Hz）结构噪声效果欠佳，安装动力吸振器或施加肋板、加强筋等方式在安装空间、轻量化、耐久性及成本控制等方面存在诸多制约。由于局域共振型声学超结构具有“小尺寸”（亚波长结构）控制“大波长”（低频弹性波）的特殊效果，为汽车低频噪声振动控制提供了一个新的思路。 本课题基于校企合作项目——车用声学超结构应用研究项目，通过分析局域共振声学超结构的抑振机理和车身壁板的结构特征，研发出一款频率定向可调、等效刚度稳定且具有轻量化、小型化特征的局域共振单元，通过仿真和测试验证了其低频抑振效果，并提出了声学超结构的带宽扩展方案。进而，针对某款轿车尾门壁板件35Hz振动而向车内辐射低频轰鸣声的问题，根据该车的问题频率点和尾门壁板的结构特征，设计出一款含有6个局域共振单元的声学超结构，并通过CAE仿真和实车测试验证了声学超结构具有较为理想的减振降噪效果。在此基础上，开展了声学超结构局域共振单元一致性分析，运用正态分布原理对声学超结构的加工制造过程进行了评价。最后，提出了声学超结构的加工制造流程和局域共振单元带宽定向调校流程，为声学超结构的批量化生产和应用提供了技术方案。 主要内容如下： （1）声学超结构局域共振单元创新设计 通过分析局域共振声学超结构的抑振机理和车身壁板的结构特征，研发出一款频率定向可调、等效刚度稳定且具有轻量化、小型化特征的局域共振单元，并使用有限元软件Comsol对无限周期的局域共振声学超结构的带隙特性进行了计算和分析。 （2）声学超结构性能验证分析 使用研发设计的局域共振单元进行周期性排列，构建出一款含有四个局域共振单元的声学超结构，并提出在声学超结构基体板背面一侧增加一层磁性热熔阻尼层，以便于直接吸附到壁板结构上。在此基础上，对由四个局域共振单元构成的声学超结构进行了基于平板的CAE抑振性能仿真分析和实际结构的测试分析。针对分析结果，提出了声学超结构带宽扩展方案并开展了针对该方案的抑振性能验证。 （3）针对车辆低频噪声的声学超结构研发设计与应用 针对某款轿车在30km/h匀速行驶过程中产生明显的低频（20~100Hz）轰鸣声问题，通过试验测试和CAE仿真分析，确定了车内35Hz噪声峰值过高是引发该问题的直接原因，并判断出该频率峰值与尾门薄壁件振动密切相关。进而，针对壁板结构特征和问题峰值频率研发设计了一款含有6个局域共振单元的声学超结构，并对声学超结构在整车上的布置规划及声学超结构局域共振单元的排布与频率设计，提出了具体的解决方案。 （4）声学超结构与整车匹配CAE分析及实车测试分析。 使用CAE分析方法，将声学超结构与整车进行匹配分析，通过对比贴附声学超结构前后的车内噪声、尾门壁板件振动，在仿真层面验证了声学超结构具有理想的低频减振降噪效果。在此基础上，将研发设计的声学超结构进行样件试制，并对声学超结构局域共振单元进行性能测试与调校，运用传递矩阵法对声学超结构的加工制造误差提出了修正和补偿方案。然后，针对样车贴附声学超结构样件，通过实车测试和主观评价，证明该结构能够有效降低车内的低频噪声峰值，改善车内噪声环境。 （5）声学超结构产业化技术研究。 开展了声学超结构局域共振单元一致性分析，运用正态分布原理对声学超结构的加工制造过程进行了评价。通过统计和分析发现，声学超结构局域共振单元的加工制造过程稳定可控，其固有频率的仿真结果与测试结果具有较高的一致性，产品品质优良，为声学超结构的产业化应用提供了性能保障。在此基础上，提出了声学超结构的加工制造流程和局域共振单元带宽定向调校流程，为声学超结构的批量化生产和应用提供了技术方案。
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