NVH基礎(chǔ)知識(shí)分享ppt課件

1、NVH基礎(chǔ)知識(shí)分享一、聲學(xué)相關(guān)NVH的基本概念 NVHNoise, Vibration, Harshness Noise 噪聲噪聲 主要分析頻率范圍：20Hz 5000Hz 通過(guò)頻率特性、幅值和品質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià) Vibration 振動(dòng)振動(dòng) 主要分析頻率范圍：0.5Hz 50Hz 通過(guò)頻率特性、幅值和方向來(lái)評(píng)價(jià) Harshness ？ 國(guó)內(nèi)有多種翻譯，如粗糙度、平順性等，但都不是很妥貼 主要指的是由于振動(dòng)噪聲的綜合影響導(dǎo)致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺(jué) 主要與路面的激勵(lì)有關(guān) 研究頻率范圍：低頻聲音的度量聲壓聲功率聲強(qiáng)聲品質(zhì)聲壓 人耳能聽(tīng)到20Hz到20KHz的聲壓。人耳剛能聽(tīng)到的聲音叫聽(tīng)閥，很大的聽(tīng)起來(lái)

2、受不了的聲音叫痛閥。 聲壓從可聽(tīng)閾到痛閾，范圍很大，達(dá)到若干數(shù)量級(jí)，不便于比較 噪聲的大小用聲壓來(lái)度量，即由空氣壓力波動(dòng)的幅值來(lái)度量 通常用對(duì)數(shù)表示，稱為聲壓級(jí)（dB） Pe為聲壓，單位為Pa P0=210-5Pa，為人耳對(duì)1000Hz空氣聲能感覺(jué)到的最低聲音。0dB就是210-5Pa SPLSound Pressure Level 聲壓沒(méi)有方向性，是個(gè)標(biāo)量 2020lg10lg20PPLPPLepep或聲壓相加 聲壓相加實(shí)質(zhì)為能量相加 能量增加1倍，聲壓增加3dB 兩個(gè)相同的聲音同時(shí)作用時(shí)，聲壓增加3dB. 聲能量降低一半，才能將噪聲降低3dB 背景噪聲低于被測(cè)噪聲10dB時(shí)，對(duì)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有

3、影響 比如被測(cè)噪聲70dB，背景噪聲為60dB，則在有背景噪聲時(shí)測(cè)試結(jié)果為：L（70dB+60dB）=10lg(107+106)=70.4dB 32lg10lg10*2lg10lg1020220220222PeeeeePLPPPPPPPLe聲壓相加在有若干噪聲源同時(shí)作用時(shí)，必須對(duì)最大噪聲源進(jìn)行控制才能有明顯作用，而僅對(duì)多個(gè)小的噪聲源進(jìn)行控制則對(duì)總的聲壓級(jí)沒(méi)有大的影響 比如：有70dB噪聲源1個(gè)， 65dB噪聲源3個(gè)，則總聲壓級(jí)為L(zhǎng)（70dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(107+3*106.5) = 71.19dB 若將3個(gè)65dB都降低3dB，總聲壓級(jí)為：L（70dB+62d

4、B+62dB+62dB）=10lg(107+3*106.2)= 70.6dB 若將70dB的噪聲源降低3dB，總聲壓級(jí)為：L（67dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(106.7+3*106.5) = 69.1dB聲功率(Sound Power)聲源發(fā)出聲音的能力通常用聲功率來(lái)表示聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)聲源發(fā)出的聲能量或通過(guò)某塊面積上的聲能量聲功率是標(biāo)量，同樣需要用聲功率級(jí)來(lái)表示聲功率測(cè)試有精度較低的工程法也有精度較高的精密法，既可通過(guò)聲壓測(cè)量得到也可以通過(guò)聲強(qiáng)測(cè)量得到發(fā)動(dòng)機(jī)的聲學(xué)性能一般用聲功率來(lái)表達(dá)，可在距發(fā)動(dòng)機(jī)表面1米的球面上通過(guò)聲壓測(cè)試來(lái)計(jì)算得到聲強(qiáng)（Sound Inten

5、sity，SI）聲強(qiáng)則是通過(guò)單位面積的聲功率聲強(qiáng)是個(gè)矢量，能夠表達(dá)聲音傳播的方向，是描述聲場(chǎng)特性的一個(gè)重要方法，也是測(cè)量聲功率的方法之一聲強(qiáng)可通過(guò)兩個(gè)相隔一定距離的傳聲器進(jìn)行聲壓測(cè)量來(lái)計(jì)算得到聲強(qiáng)測(cè)量是聲場(chǎng)測(cè)試的有效方法之一，但通常只能對(duì)穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)行測(cè)試，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)速聲品質(zhì)（Sound Quality）僅用聲壓級(jí)不足以完全描述一個(gè)聲音兩個(gè)相同聲級(jí)的聲音可能由于頻率結(jié)構(gòu)等因素的差異而讓人有完全不同的感覺(jué)由于聲音遮掩效應(yīng)的存在，單頻率的純音總是比多頻率成分的聲音讓人覺(jué)得煩躁，更讓人覺(jué)得刺耳 常說(shuō)的汽車轟鳴聲主要是因?yàn)樵谀硞€(gè)時(shí)刻，汽車噪聲中某個(gè)頻率的單頻聲占的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)變化不定，沒(méi)有規(guī)律的聲音總是

6、會(huì)比能夠預(yù)期的聲音讓人感覺(jué)不安波動(dòng)大的聲音總是會(huì)比平穩(wěn)變化的聲音讓人覺(jué)得煩躁聲品質(zhì)的描述在汽車噪聲評(píng)價(jià)中，主要用以下術(shù)語(yǔ)來(lái)描述聲品質(zhì) 響度 尖銳度 粗糙度 波動(dòng)度 語(yǔ)言清晰度聲壓計(jì)權(quán)不同頻率的噪聲對(duì)人的影響不一樣同樣聲壓級(jí)的高頻聲感覺(jué)會(huì)吵鬧一些，低頻聲則感覺(jué)安靜一些為使聲壓級(jí)更能表達(dá)人對(duì)噪聲的感受，采用了不同的計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，如A、C、D計(jì)權(quán)。通常所說(shuō)的聲壓級(jí)都是指A計(jì)權(quán)聲壓，用dB(A)表示,與人對(duì)噪聲的感覺(jué)最接近。A計(jì)權(quán)中以1000Hz為基準(zhǔn)，低于1000Hz乘以小于1的系數(shù)，而大于1000Hz則乘以大于1的系數(shù)在以低頻噪聲為主的汽車噪聲中，A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)比不計(jì)權(quán)的聲壓級(jí)低得多多普勒效應(yīng)：聲源相

7、對(duì)于接收者運(yùn)動(dòng)時(shí)，其聲音頻率會(huì)發(fā)生變化聲壓級(jí)結(jié)果時(shí)間軸分貝值軸（請(qǐng)注意是否加權(quán)）模擬信號(hào)：未經(jīng)數(shù)字化處理的連續(xù)信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：數(shù)字化的離散信號(hào)，適用于計(jì)算機(jī)處理。信號(hào)及FFTl 數(shù)字信號(hào)處理傅里葉變換傅里葉變換（離散）快速傅里葉變換 FFT :乃是 DFT 在計(jì)算機(jī)上實(shí)施的一種快速算法， 該算法（稱基2 算法）要求N=2 M （M=log2N）， M 為正整數(shù)。方法的基礎(chǔ)是對(duì)數(shù)據(jù)序列實(shí)行奇偶分 解，使長(zhǎng)序列的DFT 變?yōu)槎绦蛄械腄FT重疊在有加窗的情況下，重疊處理能更好地利用無(wú)重疊情況下被忽視的數(shù)據(jù)。采樣(Sample)采樣也就是將連續(xù)信號(hào)離散化，包括時(shí)間離散和幅值離散兩方面，是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分

8、析的必經(jīng)步驟采樣步驟： 時(shí)間離散：按一定規(guī)則（如等時(shí)間間隔）將無(wú)限時(shí)間，離散到有限的時(shí)間點(diǎn)上，即有限的時(shí)間點(diǎn)來(lái)近似地表示無(wú)限的時(shí)間 幅值離散：將量程離散為有限幅值點(diǎn)，一般為2的n次方個(gè)點(diǎn)，然后用這個(gè)尺度去量時(shí)間離散點(diǎn)的幅值，度量的結(jié)果作為該時(shí)間點(diǎn)的采樣值 時(shí)間離散和幅值離散是同時(shí)進(jìn)行的采樣示意圖0V0.5V1V1.5V2V2.5V3V3.5V4.5V5V5.5V6V6.5V7V7.5V4V0123456791011121314158t (s)V (v)0123456789101112131415這個(gè)信號(hào)采樣后得到序列: 6,11,9,4,1,6,11,10,5,1,5,10,10,5,1,5計(jì)

9、算機(jī)也就是用這個(gè)序列來(lái)表示和存儲(chǔ)這個(gè)信號(hào)混淆 采樣定理：采樣率 fs 應(yīng)大于感興趣最高頻率 fm 的二倍，即: fs 2fm 采樣率過(guò)低會(huì)使混淆問(wèn)題變得嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果，如下圖所示。fs 2fmfs 2fm采樣頻率的設(shè)置 越高的采樣頻率，信號(hào)的時(shí)域特征表達(dá)得越清楚，但進(jìn)行頻譜分析時(shí)，相同譜線數(shù)的頻率分辨率越低 運(yùn)用FFT進(jìn)行頻譜分析時(shí)，得到的頻譜也是離散的，每個(gè)頻率離散點(diǎn)稱為一條譜線，且譜線數(shù)為2的n次方冪，譜線數(shù)越多，頻率分辨率越高 設(shè)采樣頻率為fs，則分析頻率fc= fs/2。若譜線數(shù)為1024，則頻率分辨率f= fc/1024 可以通過(guò)降低采樣頻率和增大譜線數(shù)來(lái)提高頻率分辨率能量

10、泄露由于信號(hào)僅在一個(gè)采樣周期T 內(nèi)被測(cè)量，而DFT DFT 卻假定其表征了所有時(shí)刻的值。如果一正弦波在采樣時(shí)窗內(nèi)不是整周期采樣，其結(jié)果由于邊緣的不連續(xù)性，使得能量從本來(lái)的譜線處顯著地泄漏至相鄰頻域。泄漏是伴隨數(shù)字信號(hào)處理最嚴(yán)重的問(wèn)題之一！能量泄露的解決方法 一是保證采樣周期同步于信號(hào)整周期； 二是保證在采樣周期的起點(diǎn)和終點(diǎn)處，信號(hào)的幅值均為零（該方法的實(shí)現(xiàn)通常使用加窗的方式）。各種窗函數(shù)的選擇漢寧（HanningHanning）窗 這是在對(duì)隨機(jī)信號(hào)作一般目的分析時(shí)最常采用的窗。它具有拱形的濾波特性。區(qū)分小幅值鄰近頻率的能力較低，因此不適合小信號(hào)的精確測(cè)量。力（Force）窗這種窗用于錘擊法模態(tài)

11、試驗(yàn)情況下的瞬態(tài)信號(hào)分析。它專用于削減激勵(lì)通道的雜散噪聲，如圖所示。在脈沖作用期間其取值為1，其余時(shí)間取值為0。指數(shù)（Exponential）窗這種窗也是用于瞬態(tài)信號(hào)的分析。目標(biāo)是使信號(hào)在采樣周期的終點(diǎn)衰減到接近于零。指數(shù)窗的數(shù)學(xué)表示式為et。由衰減指數(shù)可以確定在時(shí)窗的終點(diǎn)信號(hào)衰減的百分率。FFT分析結(jié)果-2維頻譜圖某車型制動(dòng)噪聲的頻率分析結(jié)果頻率軸分貝值軸FFT分析結(jié)果-3維頻譜圖某車型制動(dòng)噪聲的頻率分析結(jié)果分貝值軸頻率軸顏色的深淺表示分貝值大小時(shí)間軸二、振動(dòng)相關(guān)模態(tài)-是指結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有其特定的參數(shù)：固有頻率、阻尼比、模態(tài)振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼、極點(diǎn)、留數(shù)等。

12、如平時(shí)我們說(shuō)白車身一階彎曲模態(tài)頻率為40Hz，這就指出了模態(tài)振型與固有頻率。如圖所示，某一零部件的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為如圖所示，某一零部件的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為28.9Hz28.9Hz，阻，阻尼比為尼比為1.01%1.01%。以上就是模態(tài)測(cè)試得出的結(jié)果。以上就是模態(tài)測(cè)試得出的結(jié)果。單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng) mx+ cx + kx = f (t)運(yùn)動(dòng)微分方程：運(yùn)動(dòng)微分方程：?jiǎn)巫杂啥认到y(tǒng)多自由度系統(tǒng) 我們把結(jié)構(gòu)中的全部阻尼均近似為一般粘性阻尼，把上面的時(shí)間域方程變換到拉氏域（復(fù)變量p），并假定初始位移和速度為零，得拉氏域方程： (Mp2+ Cp + K)X(p) = F(p) Z(p )X(p) = F(p)

13、同上得： H(p ) = Z-1(p)=Z：動(dòng)剛度 (p2【M】+ p 【C】+ 【K】)X(p) =F(p) Z(p ) X(p) =F(p)Z(p)：動(dòng)剛度矩陣傳遞函數(shù):傳遞函數(shù)矩陣:H(p)=Z(p)-1= adjZ(p)/detZ(p)伴隨矩陣行列式單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)使傳遞函數(shù)分母為零的方程為系統(tǒng)特征方程，它的根，即為系統(tǒng)極點(diǎn)：無(wú)阻尼固有頻率：n=k/m臨界阻尼：c0=2mk/m=2mn衰減系數(shù)：=c/2m= n阻尼比：=c/c0或有阻尼固有頻率sr= = =同上系統(tǒng)極點(diǎn)：p1 0 pn p1* 0 pn*-1+j1 0 -n+jn -1-j10 -n+jn有阻尼固有頻率單自由度

14、系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)單自由度傳遞函數(shù)可以表達(dá)為：同上： H(p ) = Z-1(p)= = =上式中的A1和A1*即為留數(shù)。H(p)=Z(p)-1= adjZ(p)/detZ(p)式中的Ar和Ar*即為留數(shù)。u 習(xí)題1、考慮一個(gè)M=2kg，C=4N/(m/s),K=5000N/M的單自由度系統(tǒng)，求其無(wú)阻尼固有頻率、阻尼比、極點(diǎn)、留數(shù)、傳遞函數(shù)。2、試討論質(zhì)量、阻尼、剛度三大振動(dòng)要素如何影響單自由度系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。u 答案無(wú)阻尼固有頻率：7.9577Hz極點(diǎn)：-1+j49.9900rad/s阻尼比：0.02留數(shù)：A1=(1/M)/j2w1=-j5.001*10-3g/kg傳遞函數(shù)：剛度增加，頻率增加；質(zhì)量增加，頻率減?。蛔枘嵩黾?，頻率約小，振幅大幅降低。u 單點(diǎn)頻率響應(yīng)-u