摘要：汽车结构噪声问题由多方面原因引起，对内饰车身TB（Trimmed Body）模型进行噪声传递函数NTF（Noise Transfer Function）分析，先结合IPI（动刚度）分析，排除接附点动刚度问题，再分析面板贡献量确定地板对该频率下声学贡献量很大。本文基于Altair HyperWorks软件的OptiStruct模块，应用形貌优化对前地板进行优化，最后验证优化后模型，得到地板局部模态提高，NTF部分接附点峰值得到改善。

关键词:  OptiStruct  TB  NTF  形貌优化  模态

0 概述

汽车噪音与振动是衡量汽车好坏的一项重要指标。顾客对汽车的舒适性的要求也越来越高，每个国家对噪音污染的控制也越来越严，因此噪声与振动的大小在很大程度上决定了一款汽车在市场上的前景。

车内结构噪音由多方面原因引起，例如，车身板件振动结构噪声、进排气系统噪声、轮胎噪声、以及风噪等。本文对某款车进行噪声传递函数分析（NTF），部分接附点峰值不满足设计值。首先对车身进行局部动刚度分析（IPI）排除接附点局部动刚度是造成峰值不满足要求的因素。其次通过面板贡献量分析判断出地板对峰值贡献大，再次截取地板通过模态分析优化，利用OptiStruct模块中的形貌优化分析对前地板进行优化。最后验证优化后模型，得到地板局部模态提高，NTF部分接附点峰值得到改善。

1 NTF分析及优化原理  

结构声学传递函数也称为噪声传递函数（即Noise Transfer Function,简称NTF），指施加在某一结构上的单位力在结构内产生的声压，它表示其结构与内部空腔的声学相关特性。

在工业界，有限元分析汽车车内噪声的常见频率范围上端为150hz左右。汽车结构是有许许多多薄板和四周的边框构成的。对于低频结构振动和振型，汽车的各立柱、横柱和横梁等结构的作用巨大，但同时汽车板壁作用不容忽视；对于车内噪声问题，汽车壁板振动的影响相当大。

优化设计有三要素，目标（Objective）、设计变量（Design Variables）、设计约束（Design Constraints）。

                                                       （1）

其中，表示设计变量，i=1, 2, 3,…, p；j=1, 2, 3,…, n。

函数 、 可以是线性、非线性、显式及隐式等。OptiStruct模块已经成熟的运用于产品设计之中了。它可以做有限元线性静态分析、频率分析和线性屈曲分析。

2 问题描述

2.1 分析对象

在用有限元法进行噪声传递函数分析中，分析模型分为结构有限元模型和声学空腔模型两种类型，其中结构有限元模型是Trimmed Body模型。

图1 NTF有限元法分析对象 

2.2 计算结果

计算得到的NTF结果中左后减振器Y向、左后摆臂Z向、右后摆臂Z向、左后螺旋弹簧Z向均在150Hz附近声压出现了较明显的峰值。下图为以左后减振器为激励源，驾驶员右耳处一点为响应点的声压Y向曲线图，其中在频率为150Hz处声压出现明显峰值。输出结果是输出测量点的声压级响应曲线，结果曲线X轴表示频率，单位为Hz，Y轴为响应的声压级，单位为dB。输出结果的响应频率是20Hz-200Hz。

图2 左后减振器Y向优化前NTF曲线

2.3 原因分析

通过IPI的分析计算，排除了接附点动刚度的因素导致NTF部分接附点峰值不满足设计要求的因素，传递路径对NTF影响较大。经过面板贡献量的分析，确定地板在150Hz处的声学贡献量最大，截取地板对其进行模态分析，运用传统的模态优化方法优化。并用OptiStruct模块进行优化。

3 优化设计分析

3.1车身前地板模态计算

首先从整车模型中截取前地板局部模型，约束截面123456自由度，截取前地板模型如图3所示，对其进行模态分析得到模态结果，在200Hz以下出现区域1和区域2的同步和异步模态振动。因此使用OptiStruct模块对地板局部模态进行优化。

图3 截取地板模型

3.2优化参数设计及结果

根据模态振型以及形貌优化结果并从外观和加工工艺上考虑，对地板进行加筋处理。因为地板为对称区域，以下对只对单边处理进行图示，如不做说明则表示另一边同样处理，如图4所示。

形貌优化设计参数为：

图4 前地板结优化结果示意图

3.3结果验证

根据图4区域优化结果，再利用模态和NTF验证。

图5 前地板优化前后模态对比图

由上图可以看出，优化之后前地板的结构模态区域1和区域2的同步模态提高了12Hz，异步模态提高了13Hz。

根据以上的优化设计，重新对TB模型进行NTF计算，计算后的曲线与优化前曲线的对比如下图所示，虚线表示优化后曲线，实线表示优化前曲线。

图6 左后减振器Y向优化前后NTF曲线对比示意图 

由图6可以看出，优化之后的NTF曲线虽然在150Hz处仍有峰值，但该处峰值也已减少了2dB，且除了左后减振器外，左后摆臂Z向159Hz处下降9dB、右后摆臂Z向154Hz处下降9dB、左后螺旋弹簧Z向154Hz处下降5dB。可知此优化结果对降低这几个点的声压是有一定帮助的。

4 结论

本文使用OptiStruct和传统模态分析完成了车身前地板结构的优化，在控制质量节约成本的基础上，提高了地板的局部模态，降低了车身结构和声腔的耦合程度，而车身有着复杂的结构，进行车身和声腔模态的解耦也是一个复杂的过程，要想达到真正的解耦，达到理想的效果，很难通过单单加强某个局部区域实现，只有不断的尝试，理论与实践结合，深入的分析才有可能实现。

5 参考文献

[1] 庞剑 谌刚 何华编 《汽车噪声与振动理论与应用》 北京理工大学出版社2006

[2] 李楚琳 张胜兰 冯樱 杨朝阳编 《HyperWorks分析应用实例》 机械工业出版社  2008

[3] 张胜兰 李楚琳 郑冬黎 郝琪编 《基于HyperWorks的结构优化设计技术》

机械工业出版社  2008

[4] Liu,lei.A frequency response function-based inverse sub-structure approach for analyzing vehicle system NVH response.[Doctor Dissertation],Alabama:The University of Alabama,2002,12-33

Application of OptiStruct Topography Optimization on NTF Analysis

   Zhou Yunxia  Wang Qiang  Fen Yunxiu 

Abstract：Vehicle structurenoise is caused by many factors. Noise Transfer Function analysis on the trimmed-body model combined with IPI analysis excludes the connecting point dynamic stiffness problems and analysis on the panel indicates that the floor has a great contribution to the acoustics quantity. Based on Altair HyperWorks and OptiStruct, the paper applies the topography optimization on the front panel to verify the optimized model which shows that the floor partial modal is improved and part of the NTF connected dots' frequency peak are ameliorated.

Key words：OptiStruct，Trimmed Body，NTF，Topography Optimization，Mode