CN101550983B - 一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法，其结构是将多个阻尼片按一定相对间隔周期性粘贴于基板上，其减振降噪方法即周期性阻尼结构粘贴方法，需确定的参数包括阻尼片粘贴位置和阻尼片自身结构尺寸：阻尼片的长度、宽度、厚度和形状特点以及阻尼片间相对位置。阻尼片长度不超出所需减振部位尺寸，阻尼片宽度为1cm～10cm，厚度为基板厚度的2～10倍，阻尼片间相对间隔中心距为10cm～50cm，阻尼片个数≥三个周期。本发明依据声子晶体带隙机理，对车用阻尼材料的粘贴方法进行了创新，达到了更好的车辆减振降噪效果。本发明结构简单合理、易于加工成型、安装方便、成本低廉、使用寿命长、减振降噪效果明显。

Description

一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法

技术领域

本发明涉及一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法，属于汽车NVH(噪声Noise、振动Vibration和声振粗糙度Harshness)领域。

背景技术

阻尼结构是指将阻尼材料与构件结合成一体以消耗振动量的结构。通常有如下几种基本的形式：①自由阻尼层结构。即在振动构件的基层板上牢固地粘合一层高内阻尼材料。这种结构的损失因数与阻尼层和基层板的厚度比及其弹性模量比有关。阻尼层的厚度一般以基层板的厚度的1-4倍为宜。②间隔阻尼层结构。是在阻尼层与基层板之间增加一层能承受较大剪切力的间隔层(一般用刚性蜂窝结构)，目的是增加阻尼层的剪切变形。③约束阻尼层结构。是在自由阻尼层的外侧再粘附一种弹性模量很大的薄层材料(如金属箔层)，外侧薄层对阻尼层起约束作用，以增加其剪切变形。约束薄层、阻尼层与基层板的厚度比可以小到1∶1∶10。④间隔约束阻尼层。即在约束层与金属板之间再加一层间隔层，使间隔阻尼层结构和约束阻尼层结构二者的优点结合起来。除此之外，还有其他的结构形式，但基本机理是相同的，共同的特点就是以最少的阻尼材料发挥尽可能大的阻尼作用，以达到减轻结构重量和节约材料的目的。

目前汽车行业车型减振降噪环节多安排在车体设计完成之后。在不改变车型设计和生产工艺的情况下，大多使用阻尼减振降噪的方式。传统应用中，对阻尼的粘贴方式缺乏科学研究和理论创新，一味使用整块大面积粘贴的方式，虽取得一定效果但其降噪效果还有待改进提高。

专利CN200610012923.4中提到在构件本体表面连续或间隔地固定设置带有凹凸结构的连接体，连接体与带有相对应的凸凹结构的约束体相互配合，连接体与约束体之间设置阻尼材料。该专利虽有效的扩大了阻尼材料承受剪切变形工作的面积，但结构上使用了连接体、阻尼层、约束层三层结构，同时还必须在连接体和约束体上设置凸棱，结构相对复杂，给加工带来不便同时提高了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法，它依据声子晶体带隙机理，发明了新型车用周期性阻尼结构，对车用阻尼材料的粘贴方法进行了创新，达到了更好的车辆减振降噪效果，且结构简单合理、易于加工成型、安装方便、成本低廉和使用寿命长。该周期性阻尼结构主要应用于车身的基板减振，通过降低车身振动达到降噪的目的。

本发明的技术方案是：一种车用周期性阻尼结构，包括基板和阻尼片，其特征在于：多个阻尼片按一定相对间隔周期性粘贴于基板上；阻尼片长度不超出所需减振部位尺寸，阻尼片宽度为1cm～10cm，厚度为基板厚度的2～10倍，阻尼片间相对间隔中心距为10cm～50cm，周期数≥三个。

如上所述的车用周期性阻尼结构，其特征在于：各阻尼片间相对间隔相同。

一种车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：即周期性阻尼结构粘贴方法，将阻尼片成周期性粘贴在基板上，阻尼片粘贴位置根据噪声源诊断方法得出；阻尼片的宽度、厚度及阻尼片之间相对间隔，根据阻尼材料性质、所需减振的车身基板参数和声子晶体带隙机理确定；阻尼片长度、宽度和形状特点适合所需减振部位的尺寸大小，阻尼片长度不超出减振部位尺寸。

如上所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：阻尼片粘贴在发出振动的部位。

如上所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：阻尼片宽度、厚度、阻尼片之间相对位置由阻尼片弹性系数、密度，所需减振部位的弹性系数、材料密度、宽度、厚度，以及所要求的弹性波带隙的频率范围这些参数综合确定。

如上所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：在确定阻尼片的宽度、厚度和阻尼片之间相对位置后，周期数越多，减振降噪效果越好。

本发明的有益效果是：本发明依据声子晶体带隙机理，发明了新型车用周期性阻尼结构，对车用阻尼材料的粘贴方法进行了创新，以达到更好的车辆减振降噪效果。周期性阻尼结构主要应用于车身的基板(薄板)减振，通过降低车身振动达到降噪的目的。在周期性阻尼结构中，阻尼材料呈周期性片状结构，具有结构简单合理、易于加工成型、安装方便、成本低廉、使用寿命长、减振降噪效果明显等优点，在具有阻尼材料减振性能的同时具有类似声子晶体材料的弹性波带隙特性，即理论上在无限周期数的周期性阻尼结构中带隙频率范围内弹性波的传播将被禁止，在实际有限周期数的周期性阻尼结构应用中带隙频率范围内弹性波的传播将受到强烈的抑制。此周期性阻尼结构将在不改动车身结构设计的前提下为各车型的减振降噪提供有效的解决方法。

附图说明

图1是本发明实施例周期性阻尼结构的俯视图与剖面图。

图2是基板减振特性实验测试系统示意图。

图3是本发明实施例1五周期的周期性阻尼结构金属基板结构示意图。

图4是本发明实施例1中基板在1～5周期时阻尼结构振动传输频响函数示意图。

图5是本发明实施例4车身后地板减振应用结构示意图。

图6是本发明实施例车内噪声测试模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

图1中标记的说明：a-宽度，d-长度，t-厚度，A-基板长度，B-基板宽度，h-基板厚度，1-基板，2-阻尼片。

图2中标记的说明：3-4560型加速度传感器，4-激振器，5-功率放大器，6-3560B分析仪，7-计算机测试软件。

图6中标记的说明：8-发动机，9-7702型声级计，10-车身，11-笔记本电脑和3560B分析仪。

如图1所示，本发明实施例车用周期性阻尼结构中阻尼材料呈片状周期性排列，即将多个阻尼片2按一定相对间隔周期性粘贴于基板1上。阻尼片2粘贴位置可根据噪声源诊断方法得出(即粘贴在发出振动的部位)。同时，阻尼片自身结构形状尺寸长度d、宽度a和形状特点应适合所应用部位的尺寸大小。阻尼片长度d由所需减振部位(如基板1)的尺寸决定，即长度不可能超出减振部位尺寸。基板1是指需要减振降噪的本体结构。

阻尼片宽度a、厚度t和阻尼片之间相对位置，根据阻尼材料性质、所需减振的车身基板参数和声子晶体带隙机理确定。阻尼片之间相对位置包括两阻尼片之间的横向距离。两阻尼片之间相对位置，可以根据阻尼材料性质和声子晶体带隙机理以及基板1的具体结构、物理性质及尺寸确定，其中基板1的尺寸包括：基板长度A、宽度B、厚度h。

阻尼片宽度a、厚度t、阻尼片之间相对位置：由阻尼片2弹性系数、密度，所需减振部位(如基板1)的弹性系数、材料密度、厚度，以及所要求的弹性波带隙的频率范围这些参数综合确定，根据这些参数的变化，其阻尼片宽度a、厚度t、阻尼片之间相对间隔会相应变化。阻尼片宽度a的范围为1cm～10cm，厚度t应为薄板厚度h的2～10倍，其相对间隔中心距为10cm～50cm。

周期数(阻尼片个数)：理论上，无限周期数的周期性阻尼材料中带隙范围内的弹性波的传递时完全禁止的，在实际应用中，因所需减振部位的尺寸不可能无限大，所以阻尼结构的周期数是有限的，在确定宽度a、厚度t、阻尼片之间相对位置后，周期数越多，减振降噪效果越好，周期数最少不得低于三个周期。

声子晶体带隙机理：声子晶体是由两种或两种以上弹性介质组成的具有周期结构和弹性波带隙特性的功能材料或结构。弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系(也称带结构)，色散关系曲线之间的频率范围称为带隙。理论上，带隙频率范围的弹性波传播被抑制，而其它频率范围(称为通带)的弹性波将在色散关系的作用下无损耗地传播。

实验1：对实施例1进行基板减振实验，旨在证明周期性阻尼结构的减振能力、弹性波带隙特性。

1)方法及条件：

基板减振特性实验测试系统如图2所示。在本实验中，采用实施例1阻尼结构，即如图3所示，将阻尼片2沿基板1长度方向周期性平行粘贴，将周期性阻尼结构的周期数从一个周期增加到五个周期，阻尼片2采用自由阻尼层。由于基板宽度B为50cm，两加速度传感器3的距离为80cm，即减振范围为80cm×50cm。阻尼片宽度a取4.5cm，其长度d应等于或略小于基板宽度B，取43cm，相对间隔宽度(阻尼片中心距)为80cm平分为6段，即80cm/(5+1)＝13.3cm，阻尼片厚度t取基板厚度h的6倍即0.5mm×6＝3mm。当基板1振动时，基板1的振动能量迅速传给紧密粘贴在基板1上的阻尼材料，引起阻尼材料内部的摩擦和相互错动，使金属板振动能量有相当一部分转化为热能而耗散掉，同时由于阻尼片2的周期性结构，当弹性波沿基板长度方向传播时，即沿周期性结构方向传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系(也称带结构)，即弹性波带隙，在带隙频率范围内的弹性波传递受到强烈抑制，由此周期性阻尼结构在具有普通阻尼材料减振性能的同时，具有弹性波带隙特性，减振性能明显优于普通阻尼材料。

试验工况及试验材料为：

测试设备：丹麦B&K Pulse振动噪声测试分析系统。

测试基板1使用橡胶绳悬置。

激振白噪声频率段：0～1.6K

FFT测试分析频率段：0～1.6K

基板1材料：镀锌铁板

基板1材料尺寸：长×宽×厚＝1m×0.5m×0.5mm

阻尼片2材料：沥青类材料

阻尼片2尺寸：长×宽×厚＝43cm×4.5cm×3mm

两B&K4560型加速度传感器3距离：80cm

将片状阻尼材料(阻尼片2)中心距相对间隔13.3cm周期性粘贴于基板1上。

2)结果：

结合图3和图4分析，图4中纵坐标表示振动传输频响函数(dB)，横坐标表示频率(HZ)，随着周期性阻尼结构周期数的增加，基板1中振动减弱，弹性波的传播受到强烈抑制。由五个周期的周期性阻尼结构的振动传输频响函数曲线可见，在320Hz频率点出现了25dB的衰减，760Hz频率点出现了30dB的衰减，1470Hz～1500Hz之间出现了大于35dB的强衰减频带。同时由图4中一周期、三周期、五周期的振动传输频响函数曲线对比可知，在300Hz～420Hz频段，700Hz～800Hz频段以及1400Hz～1500Hz频段，随着周期数增加，衰减程度增大，特别是在1470Hz～1500Hz频段，由一个周期的20dB衰减逐步增加到五周期的35dB衰减，呈现出声子晶体材料弹性波带隙特征，减振效果良好。

实施例2：车身顶棚减振应用

本实施例中需减振基板为车身顶棚。沿顶棚长度方向将阻尼片呈周期平行粘贴于车身顶棚上，由于基板宽度B为94cm，阻尼片宽度a取4.5cm，其长度d应等于或略小于基板宽度B，取84cm，相对间隔宽度(阻尼片中心距)为17.5cm。

此实施例与实施例1不同之处在于，实施例1中基板1为自由悬置状态，而此实施例中车顶棚为四边固定状态。当车辆行驶时，由于发动机振动、路面激励、以及空气摩擦等原因引起车身顶棚振动。粘贴周期性阻尼结构之后，车身顶棚的振动能量一部分被粘贴在其表面的阻尼片2转化为内能消耗，同时振动波在顶棚上沿阻尼片周期性结构方向的传递被抑制。阻尼片2可使用自由阻尼层、间隔阻尼层、约束阻尼层和间隔约束阻尼层结构，但阻尼片2尺寸必须达到要求且必须为周期性间隔粘贴，阻尼结构的周期数必须大于三个周期以上，将上述周期性阻尼结构应用于车身顶棚上能有效减小顶棚振动，减低车内噪声。

实施例3：车身后座位底板减振应用

本实施例中需减振基板为车身后座位底板。沿后座位底板长度方向，将阻尼片2呈周期性平行粘贴于后座位底板上。本实施例与实施例1中不同之处在于，车身后座位底板的形状不规则，受基板1形状的制约，阻尼片2的长度不一，为方便其安装，阻尼片2之间使用阻尼材料连接，阻尼片的宽度a、间隔距离、周期数必须满足要求。

实施例4：车身后地板减振应用

如图5所示，本实施例中需减振基板1为车身后地板，沿后地板长度方向，将阻尼片2呈周期性平行粘贴于后座位底板上。本实施例与实施例1不同之处在于，车身后地板面积较小，在满足阻尼片2尺寸要求后，只能应用三个周期的阻尼结构。

实验5

车内噪声降噪性能实验：旨在证明周期性阻尼结构的车内降噪性能，证明通过实施例2、实施例3、实施例4的应用，降低车身的振动，达到降低车内噪声的效果。

1)试验方法及条件：

试验环境为空旷安静平直的柏油路面，测试车辆为武汉东风神龙汽车有限公司富康ZX车型，将实施例2、实施例3、实施例4应用于试验车型。试验中采用B&K公司的Pulse 3560B分析仪6进行数据采集分析，使用B&K公司的4560型加速度传感器3对发动机8进行转速拟合得到发动机8的转速信号，使用B&K公司7702型声级计9对车内的噪声进行测量。4560型加速度传感器3粘贴与发动机盖上，7702型声级计9的位置分别为正驾驶员左耳位置、副驾驶员右耳位置、正驾驶位后排乘员左耳位置、副驾驶位后排乘员右耳位置，车内噪声测试模型如图6所示。

在车窗全封闭的情况下，将车辆挡位置于三挡，发动机8转速从1000r/min加速到5200r/min，对车内四个测点，车辆正驾驶位、正驾驶位后排、副驾驶位、副驾驶位后排进行测量，测出行驶过程中转速与车内噪声级的对应关系。

2)结果：

表1改进前后2000r/min～3500r/min原噪声峰值转速点声压级对比

AVGG表示正驾驶员左耳位置、ARGG表示正驾驶位后排乘员左耳位置、AVDD表示副驾驶员右耳位置、ARDD副驾驶位后排乘员右耳位置。由表可知，通过本发明实施例改进后，原噪声峰值得到有效削弱，降噪效果良好。

Claims (6)

1.一种车用周期性阻尼结构，包括基板和阻尼片，其特征在于：多个阻尼片按一定相对间隔周期性粘贴于基板上；阻尼片长度不超出所需减振部位尺寸，阻尼片宽度为1cm～10cm，厚度为基板厚度的2～10倍，阻尼片间相对间隔中心距为10cm～50cm，周期数≥三个。

2.根据权利要求1所述的车用周期性阻尼结构，其特征在于：各阻尼片间相对间隔相同。

3.一种车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：将阻尼片成周期性粘贴在基板上，阻尼片粘贴位置根据噪声源诊断方法得出；阻尼片的宽度、厚度及阻尼片之间相对间隔，根据阻尼材料性质、所需减振的车身基板参数和声子晶体带隙机理确定；阻尼片长度、宽度和形状特点适合所需减振部位的尺寸大小，阻尼片长度不超出减振部位尺寸。

4.根据权利要求3所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：阻尼片粘贴在发出振动的部位。

5.根据权利要求3所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：阻尼片宽度、厚度、阻尼片之间相对位置由阻尼片弹性系数、密度，所需减振部位的弹性系数、材料密度、宽度、厚度，以及所要求的弹性波带隙的频率范围这些参数综合确定。

6.根据权利要求3所述的车用周期性阻尼结构的减振降噪方法，其特征在于：在确定阻尼片的宽度、厚度和阻尼片之间相对位置后，周期数越多，减振降噪效果越好。

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