BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN ĐÌNH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐỐI VỚI MỨC TIẾNG ỒN TRONG CABIN Ô TÔ CHỖ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ QUỐC HUY HÀ NỘI 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Vũ Quốc Huy Luận văn thực Viện khí động lực – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu công bố luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ .4 LỜI MỞ ĐẦU .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RUNG ỒN VÀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .7 1.1 Lý thuyết về rung ồn 1.1.1 Khái niệm âm 1.1.2 Khái niệm về rung động và tiếng ồn 1.1.3 Ảnh hưởng của tiếng ồn tới người .8 1.2 Các nguồn rung ồn xe 11 1.2.1 Dao động mô men áp suất cháy 11 1.2.2 Rung động chuyển động không cân bằng (lệnh tâm) 12 1.2.3 Tiếng ồn của hệ thống nạp 12 1.2.4 Tiếng ồn hệ thống xả .13 1.2.5 Sự không cân bằng trục các đăng 13 1.3 Phân tích nguyên nhân gây tiếng ồn xe ô tô 13 1.3.1 Rung nảy cabin 13 1.3.2 Rung lắc vô lăng 15 1.3.3 Rung bàn đạp ga 17 1.3.4 Rung cần chuyển số 17 1.3.5 Tiếng ồn khó chịu xe 18 1.3.6 Tiếng ồn mặt đường 19 1.3.7 Tiếng ồn hoa lốp 20 1.3.8 Tiếng ù thân xe 20 1.3.9 Tiếng gõ thân xe 22 1.4 Tình hình nghiên cứu và ngoài nước 25 1.5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 25 1.6 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 26 1.6.1 Mục đích của đề tài 26 1.6.2 Nội dung cần giải quyết 26 1.6.3 Phương pháp nghiên cứu 26 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO BÀI TỐN ỜN RUNG TRÊN Ô TÔ 27 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn ờn rung bằng phương pháp PTHH 27 2.1.1 Các phương trình sở mô tả tương tác kết cấu – chất lưu 27 2.1.2 Các đặc trưng âm khoang kín 29 2.2 Các phương trình âm kết cấu 34 2.2.1 Tiếng ồn phát từ tấm rung động 34 2.2.2 Phương trình sóng âm .37 2.2.3 Phương trình ma trận sóng âm kết cấu 38 2.2.4 Phương trình sóng âm có cản tại mặt bên ô tô 40 2.2.5 Phương trình mô tả tương tác cặp đôi kết cấu vỏ xe – áp suất âm khoang ô tô 41 2.2.6 Đại lượng của tốn ờn rung khoanh ô tô .43 2.3 Phương pháp tiếp cận tốn ờn rung tơ 43 2.3.1 Mơ hình thử nghiệm ồn rung ô tô 44 2.3.2 Mô hình tính toán động lực học 47 2.3.3 Q trình tính tốn ờn rung tơ 48 Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN MODAL 51 3.1 Phân tích kết cấu, vật liệu khung vỏ 51 3.1.1 Kết cấu khung vỏ xe 51 3.2 Xây dựng mô hình 3D 56 3.3 Khảo sát mô hình 64 3.3.1 Xác định mât độ lưới cho mô hình 64 3.3.2 Khảo sát dao động vỏ xe 66 CHƯƠNG PHÂN TÍCH RUNG ỜN TRONG CABIN Ô TÔ .76 4.1 Đặt vấn đề 76 4.2 Mơ hình nghiên cứu .76 4.3 Mơ hình âm học kiểu phần tử 77 4.3.1 Mô hình âm học 77 4.3.2 Tḥc tính kiểu phần tử SHELL181 .78 4.3.3 Tḥc tính kiểu phần tử FLUID30 79 4.3.4 Chia lưới mơ hình 81 4.4 Phân tích dao đợng riêng của khới khí cabin 81 4.5 Phân tích tương tác âm – kết cấu cabin 83 4.5.1 Các trường hợp nghiên cứu .83 4.5.3 Áp suất âm tại vị trí người lái 86 KẾT LUẬN CHUNG 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Danh mục bảng biểu Bảng 1: Thông số kỹ thuật xe Toyota Yaris 57 Bảng 2: Thông số mô hình PTHH 66 Bảng 3: Thông số kỹ thuật thép hợp kim 67 Bảng :Kết dạng riêng ứng với trường hợp sử dụng thép hợp kim 68 Bảng 5: Thông số kỹ thuật nhôm 69 Bảng 6: Kết dạng riêng ứng với trường hợp sử dụng hợp kim nhôm 70 Bảng :So sánh dạng dao động riêng của vật liệu khác 71 Bảng 8: Các dạng dao động riêng của vỏ xe bề dày б = 0.8mm 72 Bảng :Các dạng dao động riêng của vỏ xe bề dày б = 1mm 73 Bảng 10 :Các dạng dao động riêng của vỏ xe bề dày б = 5mm .74 Bảng 1: Các dạng dao động riêng của khới khí phạm vi [0, 200 Hz] 83 Bảng 2: Các vật liệu hấp thụ âm sử dụng 84 Danh mục hình vẽ Hình 1: Biểu đờ đường đờng mức ấp suất âm 10 Hình 2: Hiện tượng rung nảy cabin .14 Hình 3: (a) Rung nảy cộng hưởng; (b) Rung lắc ảnh hưởng của lớp 15 Hình 4: Hiện tượng lắc tay lái .16 Hình 5: (a) Rung bàn đạp ga; (b) Rung cần chuyển số 17 Hình 6: (a) Tiếng ồn mặt đường; (b) Tiếng ồn hoa lốp 19 Hình 7: (a) Tiếng ờn góc nối trục các đăng; (b) Tiếng ồn trục các đăng không cân bằng 21 Hình 8: (a) Tiếng ờn rung đợng ớng xả; (b) Tiếng ồn các rung động của bộ phận phụ động 22 Hình 9: Tiếng ồn trượt biến mô và dao động mơ men 23 Hình 10: (a) Rung động tỷ số truyền hộp số; .24 Hình 1: Mơ hình thử nghiệm EMA .46 Hình 2: Đặc trưng cấu trúc hệ bậc tự 48 Hình 3: Mơ hình MDOF .50 Hình 1: Kết cấu khung vỏ xe Chevrolet Corvertte C3 51 Hình 2: Kết cấu unibody .52 Hình 3: Sàn xe bằng nhôm của Aston Martin .53 Hình 4: Kết cấu sử dụng hợp kim nhôm phía trước BMW series (E60) 54 Hình 5: Vật liệu sử dụng vỏ xe Porsche 911 Carrera 55 Hình 6: Các bộ phận kết cấu vỏ xe 56 Hình 7: Xe tham khảo Toyota Yaris .57 Hình 8: Kích thước hình học xe 59 Hình 9: Kích thước hình học của xe .59 Hình 10: Cửa hậu 60 Hình 11: Tấm kính trước 60 Hình 12: Cửa trước 61 Hình 13: Cửa sau 61 Hình 14: Tấm nóc 62 Hình 15: Vỏ xe 62 Hình 16: Mô hình toàn xe .63 Hình 17: Mô hình chia lưới 65 Hình 18: Các dạng riêng điển hình sử dụng thép hợp kim .69 Hình 1: Mơ hình tổng thể của xe khảo sát 77 Hình 2: Mơ hình tính tốn âm cabin 78 Hình 3: Hình dạng vị trí nút của phần tử SHELL181 79 Hình 4: Cấu trúc kiểu phần tử FLUID30 80 Hình 5: Nguyên tắc thiết lập phần tử âm 80 Hình 6: Mô hình chia lưới .81 Hình 7: Tám dạng dao động riêng đầu tiên của khới khí cabin 82 Hình 8: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) cabin ô tô tại tần số 80 Hz 85 Hình 9: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) cabin ô tô tại tần số 180 Hz 86 Hình 10: Mức áp suất âm tại vị trí người lái xe 87 LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển của khoa học cơng nghệ ứng dụng xe địi hỏi cao tính tiện nghi an toàn sử dụng cho người lái hành khách xe Đảm bảo rung ồn cabin không vượt giới hạn cho phép một tiêu chí quan trọng q trình thiết kế khung vỏ của tơ Ờn cabin hình thành nhiều nguyên nhân khác Quy tụ lại kể tới hai nguyên nhân chính đó ồn dao động ồn truyền âm Dao động của vỏ xe kéo theo sự dao động của lớp khơng khí cabin gây âm khó chịu, đó là tiếng ờn dao đợng Ngun nhân của hình thức dao động của vỏ xe việc thiết kế khung vỏ vật liệu chế tạo quyết định mức độ ồn tương ứng Các nguồn âm khác truyền mơi trường rắn, lỏng hay khí tới cabin gây tiếng ồn Các nguồn âm cố định (tiếng ồn hệ thống nạp, xả…) có thể giảm ồn bằng phương pháp cách ly, cô lập hay giảm tần số ồn, nhiên q trình vận hành xe là mơi trường động, việc mô phỏng, xác định mức âm của nguồn gây dao động và xác định nguồn âm (tiếng ồn tiếp xúc ma sát lốp – mặt đường, tiếng ồn gió…) trở nên khó khăn Do để tiến hành toán xác định mức âm cabin cần thực hiện nhiều tốn thành phần rời tiến hành bài toán “xếp chồng” có xét tới ảnh hưởng của thành phần có tần sớ để đưa kết có sai sớ nhỏ nhất Trong phạm vi luận văn, việc tiến hành công việc nêu xe chỗ gặp nhiều khó khăn về thời gian, thiết bị đo công nghệ cao tài hạn hẹp luận văn tiến hành xây dựng mơ hình 3D mơ kết cấu vỏ xe rồi tiến hành khảo sát dạng dao động riêng của vỏ xe có xét tới ảnh hưởng của bề dày vật liệu chế tạo để đưa cái nhìn tổng thể trước áp dụng vào tốn thiết kế khung vỏ, bớ trí ng̀n dao đợng xe tốn xác định mức âm cabin Đề tài thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS Vũ Quốc Huy thầy bợ mơn Ơ tơ Xe chun dụng anh chị đồng nghiệp Do thời gian hạn chế, nội dung nghiên cứu trải rộng nhiều lĩnh vực khác nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận sự góp ý của thầy, anh chị đờng nghiệp để đề tài hồn thiện q trình nghiên cứu tiếp theo Hà nợi ngày 15/3/2014 Tác giả CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RUNG ỒN VÀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lý thuyết về rung ồn 1.1.1 Khái niệm âm Âm là sự nhiễu loạn tạo môi trường đàn hồi mà người thể cảm nhận bằng quan thính giác 1.1.2 Khái niệm về rung động và tiếng ồn Rung động là sự nhiễu loạn môi trường thể rắn đàn hồi tạo sự chuyển động có thể nhìn thấy Tiếng ồn xem âm không mong muốn, chúng gây phiền phức và khó chịu gây hại tới sức khỏe người Chúng ta cảm nhận sự rung động bằng quan xúc giác và cảm nhận âm bằng quan thính giác Các rung động và âm cảm nhận thay đổi thế nào tùy theo mức độ tiếp xúc với chúng Một âm là sự rung động (dao động áp suất) của không khí Rung động và âm thể hiện bằng “sóng” Đặc trưng cho sóng dao động là tần số sóng cho biết số lần dao động sóng 1s Tùy theo giá trị của tần số mà sự cảm nhận là rung động hay tiếng ồn Hậu của tiếng ồn và rung động là sự khó chịu, mệt mỏi, an toàn vận hành, gây hại tới sức khỏe người Trong các máy móc, xe cộ và xây dựng hậu gây là sự hao mòn các chi tiết, giảm công suất cố ích, gây các hoạt động không bình thường hoặc các hư hỏng khắc phục Đặc biệt xảy cộng hưởng sự hư hỏng của các chi tiết kiểm soát Rung động và tiếng ồn định nghĩa ở là âm không mong muốn, chúng có liên quan chặt chẽ với Tiếng ồn đơn giản là một phần lượng rung động của kết cấu chuyển thành áp suất không khí Hầu hết tiếng ồn và rung động có liên quan đến hiện tượng cộng hưởng Cộng hưởng xảy động lực học ảnh hưởng quá trình kích thích các tần số tự nhiên, hoặc chế độ rung động các kết cấu xung quanh Tiếng ồn có thể truyền bằng nhiều đường khác như: khí, lỏng (nước, dầu…), rắn (kim loại, phi kim…) Tiếng ồn truyền không khí phát trực tiếp từ các nguồn phát âm và truyền vào không khí Tiếng ồn đường – âm học là tiếng ồn truyền thông qua các vật liệu rắn, thường thông qua sự tiếp xúc khí trực tiếp với các nguồn âm hoặc từ sự rung động của vật trước đó Chúng ta có thể cảm nhận âm truyền theo đường – âm học là rung động chúng ở vật cụ thể 1.1.3 Ảnh hưởng của tiếng ồn tới người a Đặc điểm cảm thụ âm của người Âm gây lên bởi bất kỳ một sự rung động nào đó và lan truyền không khí tương tự sự chuyển động của sóng dọc Vì nó là một dạng lượng học và xác định bởi các đơn vị lượng Âm từ nguồn phát tạo lên lượng và cường độ âm tại một điểm không gian xác định bởi mức độ lan truyền âm một đơn vị không gian.Đối với một người trẻ tuổi và khỏe mạnh, ngưỡng nghe của tai có tần số từ 20Hz đến 20000Hz Tuy nhiên tai người chỉ thực sự nhạy cảm với âm có tần số khoảng 500 đến 8000Hz Đối với âm có tần số hoặc dưới ngưỡng này, tai người trở nên kém nhạy cảm Những người phải tiếp xúc với nguồn gây tiếng ồn lớn một thời gian dài không cảm nhận âm có tần số từ trung bình tới cao Một đặc trưng quan trọng khác về mức độ cảm nhận âm của tai người là âm mà tai người nghe có cường độ và áp suất thay đổi phạm vi rất rộng, chẳng hạn áp suất âm có thể thay đổi từ mức nhỏ nhất 2.10 -5 N/m2 đến mức lớn nhất là 20 N/m2, mức khác biệt là một triệu lần Tương tự cường độ âm thay đổi đến 1012 lần, sự thay đổi quá lớn gây bất tiện việc đánh giá và đo lường xây dựng mô hình tính toán mô phỏng, bớ trí nợi thất của xe khơng xét đến Như chỉ nhiều nghiên cứu, giả thiết đơn giản hóa chấp nhận tốn phân tích âm cabin [1, 2, 3] Do xây dựng từ bề mặt nên đợ dày của vỏ xe tùy chỉnh quá trình phân tích (thông thường từ 0.8 đến 1.5 mm) Tương tự vật liệu của khung xe thay đổi (hợp kim nhôm hoặc thép) Mô hình tổng thể của xe thể hiện Hình Hình 1: Mơ hình tổng thể của xe khảo sát 4.3 Mơ hình âm học kiểu phần tử 4.3.1 Mơ hình âm học Để khảo sát tiếng ồn gây rung động khoang cabin, cần sử dụng mơ hình âm học của cabin tơ Mơ hình âm học ở chính là khới khí bên cabin của ô tô Mô hình này tách từ mơ hình tổng thể của xe, bỏ qua phần kết cấu bao chỉ giữ lại phần khới khí bên Mơ hình âm học sử dụng tính toán thể hiện Hình 4.2 Mơ hình có gớc tọa đợ (0, 0, 0) nằm mặt phẳng phía đằng trước nằm mặt phẳng đối xứng dọc thân xe thể hiện hình 77 Hình 2: Mơ hình tính tốn âm cabin Bài tốn phân tích ờn rung giải quyết các phương trình tương tác kết cấu – chất lưu Vì thế mô hình phải sử dụng đồng thời kiểu phần tử kết cấu phần tử chất lưu (trường hợp khơng khí) Phần tử kết cấu sử dụng phần tử SHELL181 phần tử chất lưu là phần tử FLUID30 Tḥc tính của dạng phần tử này trình bày dưới 4.3.2 Tḥc tính kiểu phần tử SHELL181 Phần tử SHELL181 phần tử đặc thù cho kết cấu dạng vỏ có chiều dày mỏng vừa Phần tử có nút với bậc tự tại nút bao gồm bậc tự chuyển vị theo các phương x, y, z và bậc tự xoay xung quanh trục x, y, z (Hình 4.3) Kiểu phần tử rất thích hợp để mơ tả kết cấu dạng tấm, vỏ sử dụng rợng rãi tơ Ngồi phần tử cho phép mô tả hiệu ứng của áp suất phân bố bề mặt nên hoàn toàn tương thích với phần tử chất lưu bài toán phân tích tương tác kết cấu – chất lưu 78 Hình 3: Hình dạng vị trí nút của phần tử SHELL181 4.3.3 Tḥc tính kiểu phần tử FLUID30 Phần tử FLUID30 phần tử đặc thù để mô tả môi trường chất lưu và bề mặt liên kết rắn – lỏng các bài toán tương tác kết cấu – chất lưu Các ứng dụng điển hình tốn trùn sóng âm khơng khí truyền âm nước Trong các bài toán trên, phương trình tổng quát của âm thanh, hay gọi phương trình sóng 3D rời rạc để mô tả sự liên kết áp suất âm chuyển động của cấu trúc tại bề mặt tương tác Phần tử FLUID30 có tám nút với bớn bậc tự tại nút: ba bậc tự chuyển vị theo các phương x, y, z và bậc tự áp suất Tuy nhiên, ba bậc tự chuyển vị chỉ áp dụng với nút của phần tử nằm bề mặt tương tác rắn – lỏng Cấu trúc của phần tử FLUID30 thể hiện Hình 4.4 Phần tử cho phép thiết lập vật liệu hấp thụ âm tại bề mặt tương tác với kết cấu Do vậy, kiểu phần tử sử dụng kết hợp với phần tử kết cấu 3D khác để mô tả các bài toán tương tác kết cấu – chất lưu Để sử dụng phần tử FLUID30, cần khai báo giá trị áp suất tham chiếu tḥc tính của vật liệu đẳng hướng Áp suất tham chiếu sử dụng để tính tốn mức áp śt âm của phần tử (cơng thức 2.59) Giá trị áp suất tham chiếu mặc định 20.10-6 Pa Các thông số của vật liệu bao gồm vận tốc âm truyền môi 79 trường chất lưu, khới lượng riêng trung bình của chất lưu và hệ số hấp thụ âm của vật liệu (biến thiên từ đến 1) Hình 4: Cấu trúc kiểu phần tử FLUID30 Để thiết lập đặc tính cho phần tử FLUID30, cần tuân theo quy tắc thể hiện Hình 4.5 Cần phải phân biệt phần tử âm tiếp xúc với kết cấu (tại bề mặt liên kết) phần tử âm không tiếp xúc với kết cấu (phần tử âm thuần túy) Phần tử âm thuần túy có lựa chọn KEYOPT(2) = chỉ có nhất mợt bậc tự áp suất tại nút Phần tử âm tiếp xúc với kết cấu có lựa chọn KEYOPT(2) = và có đầy đủ bốn bậc tự bao gồm áp suất ba bậc tự chuyển vị Hình 5: Nguyên tắc thiết lập phần tử âm 80 4.3.4 Chia lưới mơ hình Sau tiến hành thiết lập kiểu phần tử tḥc tính vật liệu, mơ hình chia lưới với kiểu phần tử trình bày ở Do mơ hình có nhiều biên dạng cong phức tạp nên lưới lựa chọn kiểu khơng có cấu trúc và chia tương đối mịn Hình 6: Mô hình chia lưới Mô hình chia lưới thể hiện Hình 4.6 Lưới chia bao gồm 89 026 nút 487 272 phần tử 4.4 Phân tích dao động riêng của khối khí cabin Đới với tốn phân tích tiếng ồn cabin ô tô gây rung động, khoảng tần số quan tâm từ 20 – 200 Hz Các nguyên nhân gây tiếng ồn bên xe phần lớn liên quan đến động bao gồm sự rung động của động cơ, tiếng ồn của đợng và hệ thớng trùn, q trình nạp xả Ngồi cịn kể đến tiếng ồn quạt sự rung động kích ứng từ mặt đường Trong nguyên nhân nêu sự rung đợng của đợng và rung đợng kích ứng từ mặt đường ng̀n tạo tiếng ồn ở tần số thấp (20 – 200 Hz) Tiếng ờn 81 cabin tăng lên sự cợng hưởng của khới khí bên cabin Bản thân khới khí bên cabin có tần số dao động riêng, tần số rung động kết cấu trùng với tần số dao động riêng của khới khí xảy sự cợng hưởng Trong bài toán xác định dạng dao đợng riêng, tồn bộ khối khí chia lưới với kiểu phần tử FLUID30 Expression: PRES Expression: PRES Unit: Pa Expression: PRES Unit: Pa f1 = 57,5 Hz f2 = 84,1 Hz f3 = 102 Hz f4 = 109,1 Hz Unit: Pa Expression: PRES f5 = 131,9 Hz Unit: Pa f6 = 137 Hz f7 = 146,6 Hz f8 = 162,9 Hz Hình 7: Tám dạng dao động riêng đầu tiên của khới khí cabin 82 Trong khoảng tần sớ phân tích – 200 Hz xác định 15 dạng dao đợng riêng của khới khí Các tần sớ dao đợng riêng tìm thấy tổng hợp Bảng tám dạng dao động riêng đầu tiên thể hiện Hình 4.7 Các dạng dao đợng riêng thể hiện thông qua đại lượng áp suất khơng khí cabin tơ Với dạng dao đợng riêng, phân bớ của áp śt khơng khí khác Các kết thu cho phép xác định vùng có áp śt khơng khí lớn dạng phân bố của áp suất tương ứng với dạng dao động Bảng 1: Các dạng dao đợng riêng của khới khí phạm vi [0, 200 Hz] Dạng dao động 57,5 84,1 102 109,1 131,9 10 11 riêng Tần số (Hz) Dạng dao động riêng Tần số (Hz) 164,3 171,9 175 12 137 13 14 146,6 162,9 15 177,4 181,7 194,3 198,3 4.5 Phân tích tương tác âm – kết cấu cabin 4.5.1 Các trường hợp nghiên cứu Để phân tích tiếng ờn cabin gây các rung động ở tần số thấp (0 – 200 Hz), các phương trình rời rạc phần tử hữu hạn tương tác âm – kết cấu giải Trong trường hợp này, mơ hình nghiên cứu mơ hình khới khí bên cabin có dạng Hình 4.2 Ng̀n chính gây rung động tần số thấp động đặt ở phần mũi của xe Để mô tả nguồn rung động này, bề mặt phía trước của khới khí (tiếp giáp với vị trí đặt đợng cơ) kích thích bằng mợt tín hiệu dao đợng dạng chuyển vị có biên độ không đổi mm, tần số khoảng – 200 Hz Các trường hợp nghiên cứu khác thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của rung động ảnh hưởng của vật liệu hấp thụ âm bớ trí xe, cụ thể là trường hợp sau: 83 - Xe khơng bớ trí vật liệu hấp thụ âm - Xe có tấm vật liệu hấp thụ âm - Xe có đồng thời tấm tấm sàn vật liệu hấp thụ âm - Xe có tấm nóc, tấm sàn cửa vật liệu hấp thụ âm Trong các trường hợp khảo sát nêu trên, khối khí mô tả bằng phần tử FLUID30 kiểu phần tử SHELL181 sử dụng cho phần tử cấu trúc Vật liệu hấp thụ âm sử dụng cho tấm tấm ốp cửa nhựa Polyetylen (PE), là loại vật liệu sử dụng phổ biến xử lý cách âm chống ồn Vật liệu sử dụng cho tấm sàn vật liệu Polyurethane Foam (PU Foam), là nhựa tổng hợp dạng bọt cứng có khới lượng riêng nhỏ đờng thời có khả hấp thụ âm rất tốt Các đặc tính học của hai loại vật liệu này tổng hợp Bảng Trong hai loại vật liệu vật liệu sử dụng cho tấm sàn vật liệu có khả hấp thụ âm tốt hơn, thể hiện qua giá trị của hệ số hấp thụ âm Bảng 2: Các vật liệu hấp thụ âm sử dụng Vật liệu Vị trí Khới lượng riêng (kg/m3) Mơ đun đàn hồi (MPa) Hệ số Hệ số hấp Poisson thụ âm Tấm PE 950 1100 0,42 0,25 62 26,7 0,32 0,5 Cửa xe PU Foam Tấm sàn Đối với trường hợp nghiên cứu, xác định trường phân bố áp suất không khí bên cabin tương ứng với giá trị tần số khác (0 – 200 Hz) của rung động đặt vào Từ giá trị áp śt khơng khí, mức áp śt âm Lsp (dB) 84 xác định theo công thức (2.59) Để dễ dàng so sánh ảnh hưởng của tần số rung động dễ dàng so sánh các trường hợp nghiên cứu (khơng có có vật liệu cách âm), giá trị mức áp suất âm tại một vị trí xác định ghi lại so sánh các điều kiện khảo sát khác nhau.Vị trí lựa chọn để ghi lại mức áp suất âm vị trí người lái xe, có tọa độ (X; Y; Z) = (-0,5; -1,2; 0,8) (m) Trong mơ hình xét, vị trí gớc tọa đợ vị trí tại đầu mũi xe, nằm mặt phẳng đối xứng dọc thân xe 4.5.2 Phân bố mức áp suất âm Hình 4.8 thể hiện trường phân bố mức áp suất âm Lsp lần lượt tương ứng với bốn trường hợp khảo sát với giá trị tần sớ rung đợng bằng 80 Hz Có thể thấy sự biến thiên của mức áp suất âm các trường hợp ảnh hưởng của việc bớ trí vật liệu hấp thụ âm tại vị trí khác Ở tần sớ này, vị trí có mức áp suất âm cao có xu hướng phân bố ở góc của cabin Điều cho thấy hình dáng cabin của xe thiết kế tốt để ngăn sự tập trung áp suất tại vị trí có người ngồi Hình 8: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) cabin ô tô tại tần số 80 Hz 85 Việc sử dụng vật liệu hấp thụ âm cho thấy sự hiệu việc làm giảm mức áp śt âm tại tồn bợ vị trí cabin Tương tự, Hình 4.9 thể hiện trường phân bớ mức áp suất âm tại tần số 180 Hz Nhận xét chung, thấy mức áp suất âm tại 180 Hz cao nhiều so với mức áp suất âm tại tần số 80 Hz Nếu xét mợt trường hợp nghiên cứu sự thay đổi tần số làm biến đổi trường phân bố mức áp âm Tuy nhiên, dù mức áp suất âm tăng cao tại tần sớ 180 Hz vị trí có áp śt âm cao dờn về góc của cabin Điều cho phép hạn chế nhiều ảnh hưởng của tiếng ồn đến người ngồi cabin Các kết mơ cho phép người thiết kế dự đoán phân bố áp suất âm cabin, từ đó đưa phương án chống ồn một cách hiệu nhất Hình 9: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) cabin ô tô tại tần số 180 Hz 4.5.3 Áp suất âm tại vị trí người lái Hình 4.10 thể hiện tổng hợp sự biến thiên của mức áp suất âm tại vị trí người lái xe dải tần số từ – 200 Hz của bốn trường hợp khảo sát với 86 phương án bớ trí vật liệu hấp thụ âm khác Có thể thấy việc sử dụng vật liệu hấp thụ âm tại vị trí thích hợp cho phép làm giảm đáng kể mức áp âm cabin Nếu chỉ có tấm vật liệu hấp thụ âm hiệu khơng đáng kể sử dụng đồng thời vật liệu hấp thụ âm ở tấm tấm sàn giảm rất nhiều tiếng ờn cabin Trong trường hợp hấp thụ tồn bộ nghĩa là toàn bộ bề mặt bên cabin bớ trí vật liệu hấp thụ âm mức áp śt âm đạt hồn tồn thỏa mãn tiêu chuẩn về độ ồn cabin ô tơ (nhỏ 70 dB) Ngồi ra, mức áp śt âm tại vị trí người lái gần khơng thay đổi thay đổi tần số rung động từ 20 – 200 Hz Như vậy, việc sử dụng vật liệu hấp thụ âm ở chi tiết khác cabin ghế ngồi chắc chắn giảm thiểu tiếng ồn gây rung động Từ bốn trường hợp nghiên cứu cho thấy rằng mức áp suất cao nhất sinh cabin nằm xung quanh tần sớ 180 Hz Có thể thấy tần sớ rung động rất gần với tần số của dạng dao động riêng thứ 13 (181,7 Hz), xảy hiện tượng cộng hưởng âm nên mức áp suất âm tăng cao điều hợp lý Ngồi ra, thấy tần số lớn 180 Hz, mức áp suất âm không tăng mà có xu hướng giảm xuống Như thấy khoảng tần sớ rung đợng từ – 200 Hz có vai trị quan trọng phân tích thiết kế ờn rung của tơ 180 Mức áp suất âm (dB) 160 140 120 Không hấp thụ 100 80 Tấm hấp thụ 60 Nóc + sàn hấp thụ 40 Hấp thụ toàn 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Tần số (Hz) Hình 10: Mức áp suất âm tại vị trí người lái xe 87 Kết luận về phân tích ờn rung cabin Phân tích áp śt âm cabin tơ thực hiện chương Các kết liên quan đến dạng dao động riêng của khối khí bên cabin bớn trường hợp mơ tương tác kết cấu – chất lưu trình bày Các kết luận tóm lược sau:  Các dạng dao động riêng của khối khí gây cợng hưởng tiếng ờn cabin Khoảng tần số rung động từ – 200 Hz cần đặc biệt quan tâm phân tích ờn rung ô tô  Sử dụng vật liệu hấp thụ âm một cách hợp lý cho phép giảm đáng kể tiếng ồn  Mô phần tử hữu hạn tương tác kết cấu – lưu chất công cụ hữu hiệu để tối ưu hóa thiết kế cách âm, chống ồn cho cabin ô tô 88 KẾT LUẬN CHUNG Bài toán xác định cường độ âm cabin là mợt bài toán khó địi hỏi nhiều thơng sớ đầu vào phức tạp đồng thời cần khảo sát môi trường động Để giải quyết các mục tiêu đề luận văn tiến hành phân tích các nguồn gây rung động xe chỗ và kết cấu vỏ xe từ đó luận văn xây dựng mô hình 3D mô kết cấu vỏ xe Mô hình đơn giản phản ánh phần nào tính chất của kết cấu động thời cho phép xác định tần số dao động riêng của kết cấu Kết phân tích sự ảnh hưởng của yếu tố vật liệu và yếu tố độ dày cho thấy rằng vật liệu chế tạo ảnh hưởng tới tần số độ lớn của biên độ Trong quá trình thiết kế và khảo sát có thể thay đổi đặc tính của vật liệu để chuyển vùng tần số sang vùng nhỏ hay thấp với tần số của lực kích thích để tránh hiện tượng cộng hưởng Độ dày của kết cấu ảnh hưởng rất nhiều tới tần số dao động, nhiên việc sử dụng vật liệu có độ dày lớn gây thiệt hại về tính kinh tế của sản phẩm làm tăng tự trọng của xe kéo theo hiệu suất hoạt động của xe giảm, tiêu hao nhiên liệu tăng Từ kết xác định mức áp suất âm cho thấy khoảng tần số – 200 Hz có ảnh hưởng đến tiếng ồn cabin xe chỗ Trong quá trình thiết kế khung vỏ và thiết kế giảm ồn cần chú ý tới dải tần số này Số lượng công trình nghiên cứu về rung ồn nước hạn chế đề tài có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau, điển hình như: - Phân tích các yếu tố đầu vào ảnh hưởng tới áp suất âm cabin xe chỗ - Xác định các thông số rung động của động tác dụng lên sàn xe - Phân tích sự tác động qua lại các thông số đầu vào bài toán xác định áp suất âm cabin xe chỗ… Luận văn thực hiện xây dựng mô hình 3D và khảo sát bài toán xác định dao động riêng của vỏ xe và phân tích tương tác âm – kết cấu cabin Đây là tiền đề quan trọng các nghiên cứu sâu xe chỗ các phương tiện khác 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kruntcheva, M (2007) Acoustic – structural coupling of the automobile passenger compartment Proceedings of the World Congress on Enineering 2007 Vol II, London, UK, [2] Silveira, L M., Tavares, T D., Diniz, A C G (2011) Numerical evaluation of the vibroacoustic behavior of a simplified automotive cavity Proceedings of 21st Brazilian Congress of Mechanical Engineering, Brazil [3] Coroian, A., Lupea, I (2013) Improving the sound pressure level for a simplified passenger cabin by using modal participation and size optimization Romanian Journal of Acoustics and Vibration (RJAV), vol X, issue 1, pp 4853 [4] Sanderson, M A., Onsay, T (2007) CAE interior cavity model validation using acoustic modal analysis SAE International, 2007 [5] Muthukrishnan, A (2006) Car Cavity Acoustics using ANSYS International ANSYS Conference, May – 4, 2006 [6] ANSYS® Help System, “Fluids Analysis Guide”, ANSYS, Inc [7] Nguyễn Văn Khang, (2006), Dao động kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội [8] J.Brow, J.Robertson, S Serpento (2002), Motor Vehicle Structures, London [9] Nuno M.Maia, Júlio M.M Silva (1998), Theoretical and Experimental Modal analysis [10] Dư Quốc Thịnh, Lê Trung Dũng, Đào Ngọc Điệp (2005), “Đo rung vỏ xe và tiếng ồn xe mini buýt chỗ lắp ráp tại Việt Nam”, tuyển tập báo cáo khoa học – hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ IV Hà Nội [11] Dương Thị Thu Hằng (2013), Nghiên cứu về ồn xe khách sản xuất lắp ráp tại Việt Nam, Luận văn thạc sỹ khoa học 2013 90 [12] Nissan North America (2011), Noise - Vibration & Harshness Diagnosis and Repair, 11/2011 [13] Alan E Duncan, Frank C Su, Walter L Wolf, NVH Basics, 1996 [14] Abaqus Technology Brief (2007), Noise, Vibration, and Harshness (NVH) Analysis of a Full Vehicle Model, 11/2007 [15] Centro Ricerche Fiat, NVH numerical analysis and concept phase assessment in the car development phase, 6/2011 [16] SAE (2013), Noise and Vibration, May 20-23, 2013 [17] David Svída, Pavel Novotný (2007), NVH analysis of tractor cabin, Bratislava 2007 91 ... sự rung ? ?ô? ?ng Sự rung ? ?ô? ?ng mợt ngun nhân sinh tiếng ô? ?n cabin 25 Việc phân tích ảnh hưởng của rung ? ?ô? ?ng ? ?ô? ?i với mức tiếng ô? ?n cabin mợt tốn quan trọng q trình thiết kế ô tô 1.6... Khi tần số của tiếng ô? ?n ô? ?ng nạp trùng với tần số cộng hưởng buồng lái hoặc hệ thống nạp, tiếng ô? ?n tăng lên gây tiếng ù ù tiếng ô? ?n của ? ?ô? ?ng 12 Bộ cộng hưởng ô? ?ng nạp... tần số rung ? ?ô? ?ng sự không ? ?ô? ?ng đều của lốp tần số rung của ? ?ô? ?ng (hoặc rung ? ?ô? ?ng của trục các đăng) gây gần giống 24 tỷ số truyền của bộ vi sai, các rung ? ?ô? ?ng này tạo tiếng