汽车声学包装耦合仿生吸声机理及其对车内噪声的影响规律研究

The sound packages of a car directly affect the quality of the automotive interior noise. The traditional optimization of the sound package is only a kind of optimization combination for the existing sound packages. The design and application of the sound package can’t be solved fundamentally. Thus, the development and application of the automotive sound package are limited. In this project, a new thought is presented for cross discipline of vehicle engineering, bionics and material science. The coupling bionic absorption mechanism of automotive sound package and its effect on interior noise will be studied with non-smooth surface. It mainly studies the following contents. (1) Coupling bionic absorption mechanism of automotive sound package with non-smooth surface. (2) Preparation and experiment of the sound packages with non-smooth surfaces. (3) Uncovering the laws that effect of coupling bionic absorption structures and parameters on absorption performance of sound package. (4) Uncovering the laws that effect of coupling bionic absorption structures and parameters on automotive interior noise. The scientific value of this project is uncovering coupling bionic absorption mechanism of sound package with non-smooth surface. The theory foundation will be provided for design and development of new type of automotive sound package. It will uncover the law that effect of coupling bionic absorption structures and parameters on absorption performance of sound package and automotive interior noise. The relationship will be established between microstructures of sound package and macro automotive interior noise. The theoretical basis will be provided for design of sound package and automotive interior noise control.

声学包装的性能直接影响着车内噪声品质的优劣，传统的声学包装优化只是对现有声学包装的一种优化组合，并不能从根本上解决汽车声学包装的设计与针对性的应用问题，从而制约了汽车声学包装的开发与应用。本项目提出将车辆工程、仿生学和材料学相结合的新思路，研究汽车声学包装非光滑表面耦合仿生吸声机理及其对车内噪声的影响规律，重点研究：（1）汽车声学包装非光滑表面耦合仿生吸声机理；（2）非光滑表面声学包装的制备与试验；（3）揭示声学包装耦合仿生吸声结构及参数对吸声性能的影响规律；（4）研究声学包装耦合仿生吸声结构及参数对车内噪声的影响规律。本项目的科学意义在于通过仿真与试验揭示汽车声学包装非光滑表面耦合仿生吸声机理，为新型汽车声学包装开发提供理论基础；揭示声学包装结构及参数对其吸声性能及车内噪声的影响规律，建立声学包装微观结构与宏观车内噪声之间的联系，为汽车声学包装设计和车内噪声控制提供理论依据。

声学包装的性能直接影响着车内噪声品质的优劣，传统的声学包装优化只是对现有声学包装的一种优化组合，并不能从根本上解决汽车声学包装的设计与针对性的应用问题，从而制约了汽车声学包装的开发与应用。以非光滑理论为基础，采用仿生学方法对长耳鸮翼表、鲨鱼体表和植物叶片表面进行分析，优选出四种典型非光滑单元体形态：三角尖劈、梯形棱文、梯形凹坑和圆柱凸起单元体。将优选出的非光滑形态应用到声学包装上，制备出具有非光滑表面形态的聚氨酯泡沫材料。通过驻波管法对非光滑表面聚氨酯泡沫材料的吸声性能进行测量，研究非光滑表面对吸声性能的影响。并通过试验法和数值计算法对声学材料的特征参数进行确定，为后续多孔材料有限元模型的建立和模型验证提供了依据。根据提取的生物体表特征表面，以聚氨酯材料为基体，构建非光滑表面吸声结构模型，通过有限元方法仿真分析非光滑表面多孔吸声材料的吸声性能，研究非光滑表面对吸声性能的影响；以三角尖劈模型为研究对象，分析表面形态参数对吸声性能的影响；建立聚氨酯材料厚度为30mm，空腔厚度为10mm的非光滑表面耦合仿生模型，对耦合仿生吸声机理进行深入研究。同时，以聚氨酯泡沫为研究对象，基于声学参数（孔隙率、流阻率、曲折因子、粘性特征长度、热特征长度）与Johnson-Champoux-Allard模型建立了单层聚氨酯泡沫吸声模型，并利用实验验证了模型的有效性。使用单层聚氨酯泡沫吸声模型分析了声学参数、密度、厚度及材料背后空气层对单层多孔材料吸声性能的影响。基于声学参数、传递矩阵法与Johnson-Champoux-Allard模型递推了多层复合多孔材料吸声系数的计算公式，并以双层复合聚氨酯泡沫为研究对象，通过实验验证了公式的正确性。同时，选出对单层多孔材料吸声性能影响较大的声学参数，分析这些参数对双层复合多孔材料吸声性能的影响。基于统计能量分析法建立汽车前围板、地板的统计能量分析模型，将三角尖劈非光滑表面材料应用到汽车前围板和地板上，研究非光滑表面对汽车声学包装吸隔声性能的影响。