环氧树脂型阻尼材料对白车身NVH性能的影响研究

汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness）是汽车噪声、振动和舒适性等各项指标的总称。白车身NVH是整车NVH的基础，白车身的NVH水平直接影响整车NVH性能的表现。在白车身上布置阻尼材料有减振降噪的作用。沥青是当前应用较为成熟且广泛的阻尼材料，但是其对环境具有一定的污染且释放出一些有害物质，环保性能较差。树脂型阻尼材料阻尼性能优于沥青阻尼材料，同时树脂对人体及环境无危害。因此，树脂型阻尼材料已经成为车身阻尼材料发展趋势。

本文主要研究环氧树脂型阻尼材料对白车身减振性能的影响。首先，阐述阻尼材料减振降噪的基本原理，并简单介绍了环氧树脂材料；然后，对有无环氧树脂型阻尼材料两种状态的白车身进行了激振器振动传递函数的测试；最后对测试结果进行分析，得出环氧树脂型阻尼材料对白车身振动性能的影响。

1  阻尼材料减振的基本原理

1.1  阻尼现象

当物体受到外界激励，会产生振动。当外界激励停止时，物体的振动会慢慢停止。这是由于空气中有阻尼，消耗了振动的能量，激励停止后，振动也将停止。所有的物体或者结构都存在阻尼，不同的材料阻尼因子具有较大的区别。因此研究不同材料的阻尼对减少钣金振动与声辐射具有重要意义。

1.2  阻尼模型

车身上很多结构存在阻尼，其属于内部阻尼，都属于黏弹性阻尼，建立黏弹性阻尼模型。为了简化，通过单自由度系统描述带阻尼的系统方程，如图2所示，系统的运动方程为：

式中，为系统的质量，为系统的刚度，为系统的位移，为外力，为系统的阻尼力。黏弹性模型中阻尼力与运动速度成正比，，为阻尼系数，代入式（1）可得：

定义阻尼比为：其中，为临界阻尼，为系统的固有频率。

对于自由振动系统式（2）可以代写为：

解微分方程（3），可以得到系统的振动响应为：

其中，为系统初始位移，从式（5）可知，振动幅值的衰减由阻尼比决定的[1]。

为了从能量的角度衡量振动的衰减，引入损耗因子，在表达式上损耗因子，这是两者的数学关系，在物理上两者表达了不同的意义。阻尼比表述幅值的衰减，损耗因子表示能量的衰减。

1.3  环氧树脂阻尼材料

1.3.1  材料的简介

车身阻尼材料主要分为：黏弹性阻尼材料，高阻尼合金材料，复合阻尼材料和智能阻尼材料。工程上应用最广泛的为黏弹性阻尼材料。本文也以黏弹性阻尼材料为研究对象。黏弹性阻尼材料也分为：沥青阻尼材料，橡胶阻尼材料和水基阻尼材料。

环氧树脂阻尼材料属于黏弹性阻尼材料中的水基阻尼材料。它是以树脂为基材，添加云母、碳酸钙、石墨等填充材料组合而成。树脂是天然高聚合物中获取，因此它对环境没有污染，对人体也无危害，即其为一种安全，可靠的阻尼材料，应用范围正在不断扩大。该种材料已经成为汽车车身阻尼材料的发展趋势。

1.3.2  材料的阻尼性能

为获得环氧树脂阻尼材料的损耗因子，采用SAEJ1637《支撑钢杆的材料复合振动阻尼特征实验室测试方法》。利用该方法测量得到环氧树脂型阻尼材料与沥青阻尼材料的损耗因子为：如图1所示。

图1  树脂型阻尼材料与沥青阻尼材料损耗因子对比

2  环氧树脂型阻尼材料对白车身NVH性能影响的试验

2.1  试验方案

选取两台相同的白车身，其中一台白车身贴有环氧树脂阻尼材料，另外一台不贴阻尼材料。对比两台白车身的振动传函，根据振动传函分析出阻尼材料对白车身NVH性能的影响。

为了能够在白车身合适的位置布置阻尼材料，根据模态应变能布置环氧树脂型阻尼材料。在实车上如图3所示，在前隔板，前地板，后地板，备胎舱等区域布置了阻尼材料。

图3  树脂型阻尼材料在布置

2.2  试验过程

为了能够准确测量得到白车身振动传函，需要使白车身处于自由状态，即通过空气弹簧支起白车身，如图4所示。

为了能够完整的激励起白车身，选取车身局部刚度较大的点作为激励点，选取两个激励点。如图5所示，选取右前大梁的点激励x向与z向，选取后悬硬点，激励z向。通过激振器对白车身进行激励。

响应点的位置分别分布在前围，前地板，中地板，备胎仓。布置有阻尼材料的白车身与不布置阻尼材料的白车身测量传函时所有的激励点与响应点的位置都保持一致。

2.3  试验结果

在前围板，前地板，中地板，备胎仓各选取一个响应点。由于阻尼材料影响的频率范围为：200～500Hz[1]，因此，关注100～600Hz之间的传递函数。测得其传递函数如图6所示

图6  传递函数对比曲线

3  结语

根据对比曲线得到200-500Hz之间传递函数的均方根值（RMS），如表1。布置树脂型阻尼材料比无树脂阻尼材料的白车身振动传递函数总体上小50%，因此可以判断树脂型阻尼材料对白车身减振效果显著。