環(huán)氧樹脂型阻尼材料對白車身NVH性能的影響研究

汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness）是汽車噪聲、振動和舒適性等各項指標(biāo)的總稱。白車身NVH是整車NVH的基礎(chǔ)，白車身的NVH水平直接影響整車NVH性能的表現(xiàn)。在白車身上布置阻尼材料有減振降噪的作用。瀝青是當(dāng)前應(yīng)用較為成熟且廣泛的阻尼材料，但是其對環(huán)境具有一定的污染且釋放出一些有害物質(zhì)，環(huán)保性能較差。樹脂型阻尼材料阻尼性能優(yōu)于瀝青阻尼材料，同時樹脂對人體及環(huán)境無危害。因此，樹脂型阻尼材料已經(jīng)成為車身阻尼材料發(fā)展趨勢。

本文主要研究環(huán)氧樹脂型阻尼材料對白車身減振性能的影響。首先，闡述阻尼材料減振降噪的基本原理，并簡單介紹了環(huán)氧樹脂材料；然后，對有無環(huán)氧樹脂型阻尼材料兩種狀態(tài)的白車身進(jìn)行了激振器振動傳遞函數(shù)的測試；最后對測試結(jié)果進(jìn)行分析，得出環(huán)氧樹脂型阻尼材料對白車身振動性能的影響。

1  阻尼材料減振的基本原理

1.1  阻尼現(xiàn)象

當(dāng)物體受到外界激勵，會產(chǎn)生振動。當(dāng)外界激勵停止時，物體的振動會慢慢停止。這是由于空氣中有阻尼，消耗了振動的能量，激勵停止后，振動也將停止。所有的物體或者結(jié)構(gòu)都存在阻尼，不同的材料阻尼因子具有較大的區(qū)別。因此研究不同材料的阻尼對減少鈑金振動與聲輻射具有重要意義。

1.2  阻尼模型

車身上很多結(jié)構(gòu)存在阻尼，其屬于內(nèi)部阻尼，都屬于黏彈性阻尼，建立黏彈性阻尼模型。為了簡化，通過單自由度系統(tǒng)描述帶阻尼的系統(tǒng)方程，如圖2所示，系統(tǒng)的運(yùn)動方程為：

式中，為系統(tǒng)的質(zhì)量，為系統(tǒng)的剛度，為系統(tǒng)的位移，為外力，為系統(tǒng)的阻尼力。黏彈性模型中阻尼力與運(yùn)動速度成正比，，為阻尼系數(shù)，代入式（1）可得：

定義阻尼比為：其中，為臨界阻尼，為系統(tǒng)的固有頻率。

對于自由振動系統(tǒng)式（2）可以代寫為：

解微分方程（3），可以得到系統(tǒng)的振動響應(yīng)為：

其中，為系統(tǒng)初始位移，從式（5）可知，振動幅值的衰減由阻尼比決定的[1]。

為了從能量的角度衡量振動的衰減，引入損耗因子，在表達(dá)式上損耗因子，這是兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系，在物理上兩者表達(dá)了不同的意義。阻尼比表述幅值的衰減，損耗因子表示能量的衰減。

1.3  環(huán)氧樹脂阻尼材料

1.3.1  材料的簡介

車身阻尼材料主要分為：黏彈性阻尼材料，高阻尼合金材料，復(fù)合阻尼材料和智能阻尼材料。工程上應(yīng)用最廣泛的為黏彈性阻尼材料。本文也以黏彈性阻尼材料為研究對象。黏彈性阻尼材料也分為：瀝青阻尼材料，橡膠阻尼材料和水基阻尼材料。

環(huán)氧樹脂阻尼材料屬于黏彈性阻尼材料中的水基阻尼材料。它是以樹脂為基材，添加云母、碳酸鈣、石墨等填充材料組合而成。樹脂是天然高聚合物中獲取，因此它對環(huán)境沒有污染，對人體也無危害，即其為一種安全，可靠的阻尼材料，應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。該種材料已經(jīng)成為汽車車身阻尼材料的發(fā)展趨勢。

1.3.2  材料的阻尼性能

為獲得環(huán)氧樹脂阻尼材料的損耗因子，采用SAEJ1637《支撐鋼桿的材料復(fù)合振動阻尼特征實驗室測試方法》。利用該方法測量得到環(huán)氧樹脂型阻尼材料與瀝青阻尼材料的損耗因子為：如圖1所示。

圖1  樹脂型阻尼材料與瀝青阻尼材料損耗因子對比

2  環(huán)氧樹脂型阻尼材料對白車身NVH性能影響的試驗

2.1  試驗方案

選取兩臺相同的白車身，其中一臺白車身貼有環(huán)氧樹脂阻尼材料，另外一臺不貼阻尼材料。對比兩臺白車身的振動傳函，根據(jù)振動傳函分析出阻尼材料對白車身NVH性能的影響。

為了能夠在白車身合適的位置布置阻尼材料，根據(jù)模態(tài)應(yīng)變能布置環(huán)氧樹脂型阻尼材料。在實車上如圖3所示，在前隔板，前地板，后地板，備胎艙等區(qū)域布置了阻尼材料。

圖3  樹脂型阻尼材料在布置

2.2  試驗過程

為了能夠準(zhǔn)確測量得到白車身振動傳函，需要使白車身處于自由狀態(tài)，即通過空氣彈簧支起白車身，如圖4所示。

為了能夠完整的激勵起白車身，選取車身局部剛度較大的點作為激勵點，選取兩個激勵點。如圖5所示，選取右前大梁的點激勵x向與z向，選取后懸硬點，激勵z向。通過激振器對白車身進(jìn)行激勵。

響應(yīng)點的位置分別分布在前圍，前地板，中地板，備胎倉。布置有阻尼材料的白車身與不布置阻尼材料的白車身測量傳函時所有的激勵點與響應(yīng)點的位置都保持一致。

2.3  試驗結(jié)果

在前圍板，前地板，中地板，備胎倉各選取一個響應(yīng)點。由于阻尼材料影響的頻率范圍為：200～500Hz[1]，因此，關(guān)注100～600Hz之間的傳遞函數(shù)。測得其傳遞函數(shù)如圖6所示

圖6  傳遞函數(shù)對比曲線

3  結(jié)語

根據(jù)對比曲線得到200-500Hz之間傳遞函數(shù)的均方根值（RMS），如表1。布置樹脂型阻尼材料比無樹脂阻尼材料的白車身振動傳遞函數(shù)總體上小50%，因此可以判斷樹脂型阻尼材料對白車身減振效果顯著。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://00559.cn/w/qk/21223.html