工程車(chē)輛降噪節(jié)能與聲學(xué)舒適性的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、當(dāng)前，噪聲已經(jīng)成為衡量工程機(jī)械裝備性能的一個(gè)重要指標(biāo)。市場(chǎng)要求越來(lái)越高，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。隨著大功率產(chǎn)品的不斷發(fā)展，整機(jī)噪聲隨之增加和熱流密度不斷提高，過(guò)低的冷卻空氣流量已滿足不了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡要求，整機(jī)工作熱流密度與逐漸降低的噪聲限值的矛盾日益突出。同時(shí)，隨著人們生活質(zhì)量和品質(zhì)追求的提高，整機(jī)聲學(xué)舒適性也逐漸備受關(guān)注，對(duì)噪聲的控制由最初的滿足限值要求將轉(zhuǎn)向聲學(xué)舒適性的研究。因此，我國(guó)工程機(jī)械要發(fā)展并躋身世界市場(chǎng)，必須解

2、決整機(jī)存在噪聲偏大、熱流密度高和聲學(xué)舒適性差的共性問(wèn)題。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文圍繞工程車(chē)輛的噪聲源分離與識(shí)別方法、多物理場(chǎng)耦合作用下降噪節(jié)能優(yōu)化技術(shù)和聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法與預(yù)測(cè)及其控制策略等方面的問(wèn)題展開(kāi)研究，提出了基于改進(jìn)后FastICA算法和Scan&Paint聲源掃描定位系統(tǒng)的噪聲源識(shí)別數(shù)值分析與試驗(yàn)研究方法;建立了基于多物理耦合分析和多學(xué)科參數(shù)優(yōu)化模型;提出基于等級(jí)評(píng)分對(duì)比法的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)方法并開(kāi)發(fā)了軟件系統(tǒng)，提高了主觀評(píng)價(jià)

3、試驗(yàn)的工作效率和可靠性;建立了與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相一致的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，尋求主要聲學(xué)評(píng)價(jià)參數(shù)與工程車(chē)輛噪聲頻譜特性之間的關(guān)系，提供合理的聲品質(zhì)的控制策略。通過(guò)平衡重式內(nèi)燃叉車(chē)等實(shí)際應(yīng)用案例，驗(yàn)證了以上提出的研究方法、技術(shù)路線和計(jì)算模型的可行性和準(zhǔn)確性。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)在確定工程車(chē)輛輻射噪聲特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出綜合運(yùn)用獨(dú)立分量分析、小波變換和聲學(xué)成像技術(shù)的準(zhǔn)確識(shí)別噪聲源方法。針對(duì)FastICA估計(jì)存在排序、相位和幅值的不確

4、定性，提出基于傅里葉變換和頻譜最大相似度的校正方法，并通過(guò)數(shù)值算例對(duì)比改進(jìn)前后的FastICA算法的分離結(jié)果，驗(yàn)證了改進(jìn)后FastICA算法具有盲源分離的有效性和優(yōu)越性。以平衡重式內(nèi)燃叉車(chē)為例，在分析和確定采集到的噪聲信號(hào)滿足ICA分析獨(dú)立性和高斯性的前提下，運(yùn)用改進(jìn)后的FastICA算法、連續(xù)小波變換和叉車(chē)動(dòng)力艙的先驗(yàn)知識(shí)，分離和識(shí)別了怠速工況下的噪聲源，并通過(guò)Scan&Paint聲源定位系統(tǒng)驗(yàn)證了數(shù)值分析計(jì)算的準(zhǔn)確性。計(jì)算所有噪聲信

5、號(hào)和獨(dú)立分量的噪聲貢獻(xiàn)度，確定了主次噪聲源分別為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的基頻噪聲和排氣系統(tǒng)的基頻噪聲。
　　2)針對(duì)現(xiàn)有工程車(chē)輛存在降噪與散熱的矛盾問(wèn)題，提出基于多物理場(chǎng)耦合分析與多學(xué)科參數(shù)優(yōu)化的方法?？紤]到聲波輻射過(guò)程中多物理場(chǎng)的相互影響，分析和推導(dǎo)了在非理想介質(zhì)中聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流速場(chǎng)相互耦合的控制方程，并引入了完美匹配層邊界模擬聲波在大氣層的無(wú)反射現(xiàn)象。以降噪降溫為目標(biāo)函數(shù)，以結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以多物理場(chǎng)耦合的偏微分方程組及設(shè)計(jì)變量

6、初始值為約束條件，提出多學(xué)科參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用COMSOL Multiphysics平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。以同款叉車(chē)的動(dòng)力艙為研究案例，以理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立動(dòng)力艙的多物理場(chǎng)耦合模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過(guò)對(duì)比數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試得到了觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)和溫度，驗(yàn)證了所建模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，建立了動(dòng)力艙的多學(xué)科參數(shù)優(yōu)化模型，得到了較好的降噪降溫效果，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果給出合理的解釋，從而提出了動(dòng)力艙結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的改進(jìn)方案。
　　3)

7、針對(duì)如何評(píng)價(jià)工程機(jī)械聲學(xué)舒適性問(wèn)題，提出了基于等級(jí)評(píng)分對(duì)比法的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，并設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于該方法的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。結(jié)合工程車(chē)輛自身特點(diǎn)，選取了線性聲壓級(jí)、A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)、響度、尖銳度、粗糙度、抖動(dòng)度、音調(diào)度、語(yǔ)音清晰度和沖激量為心理聲學(xué)客觀參數(shù)，并以煩躁度為主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。介紹了基于多元線性回歸法、標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的常見(jiàn)主客觀建模方法后，提出基于PSO-BP算法的主客觀非線性映射方法，并指出運(yùn)用Garson算法確定主要客

8、觀參數(shù)。以50個(gè)叉車(chē)的噪聲信號(hào)為樣本數(shù)據(jù)，在提出評(píng)價(jià)系統(tǒng)的校驗(yàn)方法和確定對(duì)比樣本及其對(duì)應(yīng)等級(jí)后，組織評(píng)審團(tuán)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性和有效性檢驗(yàn)，計(jì)算了所選的客觀參數(shù)值和分析其與煩躁度的相關(guān)性。建立了基于多元線性回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)模型和對(duì)比了模型的預(yù)測(cè)精度，確定了PSO-BP模型為叉車(chē)噪聲主客觀評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，并由此得到影響煩躁度的最主要客觀參數(shù)為響度。分析了在怠速和額定轉(zhuǎn)速

9、下的響度與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定了叉車(chē)的聲品質(zhì)取決于低頻，并據(jù)此提出可實(shí)現(xiàn)的聲品質(zhì)控制策略。
　　4)根據(jù)以上的研究成果，提出基于減振和局部密封的應(yīng)用樣機(jī)改進(jìn)方案。按照叉車(chē)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明改進(jìn)后樣機(jī)的輻射噪聲降低2.4 dB(A)，熱平衡水溫降低2.2℃，均滿足了標(biāo)準(zhǔn)限值。改進(jìn)后的煩躁度預(yù)測(cè)值較改進(jìn)前的主觀評(píng)價(jià)值均下降了10％以上，樣機(jī)的聲學(xué)舒適性得到了明顯的改善。樣機(jī)的成功改進(jìn)驗(yàn)證了本文提出的噪聲控制理論、方