工程机械行业是我国改革开放以来发展最快、对国家基础设施建设影响最大的行业之一,其产品已成为出口创汇的主力产品之一,我国也已成为名副其实的工程机械制造大国,但我国工程机械产品的总体水平与发达国家相比仍然要落后,尤其涉及工程机械振动、噪声、排放等方面的水平与世界工程机械制造强国还存在较大差距,产品难以批量进入发达地区的市场。随着现代化建设发展,工程机械愈来愈向着复杂化、大型化和轻量化方向发展,其振动和噪声问题显得更加突出。因此,工程机械NVH性能的控制成了产品升级换代、提高产品国际市场竞争力的重要途径之一。工程机械驾驶室噪声水平作为衡量工程机械NVH性能的重要指标之一,它是工程机械NVH性能控制的关键和难点。众所周知,工程机械驾驶室通常含有大量薄板类结构,而薄板振动而引起的声辐射和声振耦合问题则是声学工程领域的研究热点。近年来,在车辆轻量化发展过程中,由驾驶室结构声场耦合所产生的低沉轰鸣声,已成为车内噪声的主要噪声源之一,严重影响了驾乘人员的乘坐舒适性。因此,针对驾驶室内的低频噪声问题,研究结构声场耦合机理及其耦合特性,对提高车辆驾驶室的声学设计水平、降低低频耦合噪声具有重要的应用价值。此外,随着科技的进步和工业文明的发展,虽然大多数产品在功能上没有实质性的变化,但逐渐对车辆驾驶的声品质提出了越来越高的要求。因此,需要对典型结构形式的工程机械驾驶室的声振耦合特性展开研究,探究工程机械声品质特性及评价方法,为降低工程机械驾驶室的低频耦合噪声、提高工程机械驾驶室声品质提供理论指导。本文研究得到了江苏省前瞻性联合研究项目(BY2014127-01)和江苏省科技支撑计划项目(BE2014133)的资助。本文以工程机械中典型结构形式的驾驶室为研究对象,基于模态耦合分析法建立弹性板封闭声腔系统的声振耦合理论模型,探究结构参数变化对多阶板模态与声腔模态之间的全局耦合特性的影响规律,为降低声振耦合对封闭声腔系统声学响应的影响提供理论依据。利用有限元方法和实验方法,研究多影响因素变化对封闭声腔声耦合系统受激励下声学响应的影响规律。研究工程机械驾驶室内部噪声的声品质测试与评价方法,建立心理声学客观参量与主观评价结果之间的评价模型,为更合理地评价工程机械噪声的舒适性/烦恼程度提供依据。本文的主要研究内容及创新点如下:(1)基于模态分析法建立了弹性板矩形封闭声腔的声振耦合理论模型。首次提出了一种使用全局耦合级描述多阶板模态与声腔模态之间耦合程度的方法。分析了声腔深度、弹性板厚度、弹性板长宽比、弹性板边界条件、弹性板面积及弹性板材料等因素变化对封闭声腔系统全局耦合特性的影响规律。获得了结构参数综合变化对矩形封闭声腔耦合系统全局声振耦合特性的影响规律。研究结果表明:相对于简支边界条件,固支边板模态与声腔模态之间的传递因子受到结构参数变化的影响更为敏感和显著;在不同弹性板材料属性下,封闭声腔系统出现最大全局耦合级时的结构参数值相同;随着弹性板面积的增大,封闭声腔系统出现弱耦合的区域在逐渐减小,出现强耦合的区域逐渐增大,且封闭声腔系统的强耦合区域和弱耦合区域均向结构参数变大的方向移动。因此,降低弹性板面积可以有效提升封闭声腔结构参数的选择范围,同时可以有效降低封闭声腔系统出现低频声振耦合噪声的概率。(2)基于模态分析法建立了弹性板梯形声腔耦合系统的声振耦合理论模型。首次探讨了边界矩形声腔模态数对梯形声腔模态特性计算精度的影响规律,分析了梯形声腔模态频率受到斜面倾角变化的影响规律;研究了各结构参数变化对梯形封闭声腔系统全局声振耦合特性的影响规律;对比分析了结构参数变化对梯形声腔和矩形声腔系统声振耦合特性影响的异同。研究结果表明:在保证前N阶梯形声腔模态频率的计算误差达到1%的情况下,参与计算的边界矩形声腔模态数至少为2N,并且根据计算得到的梯形声腔模态频率与采用有限元方法计算结果之间的误差在0.4%以内,进而验证了该研究结论的准确性。梯形声腔模态(l,m,n)与之间板模态(u,v)存在耦合的条件为:当m+n≠0、l+u为奇数时,或当m+n=0,l+u和m+v均为奇数时,梯形声腔模态与板模态之间才会产生耦合;相比于矩形声腔系统,梯形声腔系统更容易产生声振耦合现象。当弹性板长宽比在1<γ<2范围时,梯形声腔系统出现强耦合的概率和密度较低,这利于梯形结构形式的工程机械驾驶室的低耦合噪声的设计。(3)以弹性板梯形声腔系统的声振耦合理论模型为基础,基于模态分析法建立了具有两个倾斜面的复杂封闭声腔系统的声振耦合理论模型。首次研究了边界矩形声腔模态数对复杂声腔模态求解精度的影响;探讨了斜面倾角等参数变化对复杂声腔模态频率的影响规律;分析了声腔深度、弹性板厚度、长宽比、斜面倾角、结构参数W_y变化对复杂声腔系统全局声振耦合特性的影响规律。研究结果表明:当复杂声腔变形比(σ=W_y/L_y)σ小于5/8时,在保证前N阶复杂声腔模态频率计算误差小于1%的条件下,至少需要2N阶边界矩形声腔模态参与计算;反之,至少需要3N甚至更多阶边界矩形声腔模态参与计算。复杂声腔声态(l,m,n)与板模态(u,v)之间存在耦合的条件与梯形声腔系统产生耦合的条件一致。当结构参数W_y恒定时,随着倾斜角的增大,复杂声腔系统全局耦合特性逐渐减小,且当倾斜角α=β时,封闭声腔系统的全局耦合程度最低;当弹性板长宽比γ在1~2范围内时,复杂声腔系统出现强耦合的概率和密度较低,这利于复杂结构工程机械驾驶室的低耦合噪声设计。(4)以具有两个倾斜面的复杂封闭声腔系统为研究对象,采用有限元分析法研究了不同激励条件下封闭声腔系统声学响应的变化规律。首次利用实验方法测试分析了吸声材料、驾驶室座椅、赫姆霍兹共振器等组合方式对降低矩形封闭声腔系统内中低频噪声的可行性,并通过实验验证了实验方案的在控制封闭声腔系统中低频噪声的有效性,为降低工程机械驾驶室内低频噪声提供了思路。结果表明:不同激励条件下复杂声腔系统声学响应结果,验证了复杂声腔系统产生声振耦合的条件;相比皮质表面座椅,网孔表面的驾驶室座椅具有更为优异的吸声性能,实验结果显示网孔座椅的消声量达到了6.56dB,而皮质表面座椅的消声量仅为1.89dB;当矩形声腔壁面存在通孔时,随着通孔孔径的增大,矩形声腔系统中声学响应的主要峰值频率及其幅值均会受到影响,其中矩形声腔系统的模态频率随着通孔孔径的增大而逐渐增大,各峰值频率的幅值均随着孔径的增大而逐渐减小。(5)以轮式装载机的驾驶室噪声和机外噪声为研究对象,基于心理声学理论对其进行了声品质客观参量分析。首次设计了工程机械噪声的声品质主观评价实验,分析了声品质主观评价结果与各声品质客观参量之间的相关性。基于BP神经网络建立了轮式装载机四种工况下的声品质主观评价模型,并对部分样本的声品质主观评价结果进行了预测分析。结果表明:怠速工况下,A计权声压级、语言清晰度、语言清晰度指数和响度四个参量与主观评价结果之间存在高相关性;在最大转速工况下,四个参量则为A计权声压级、语言清晰度指数、尖锐度和响度。利用装载机声品质主观评价模型对样本的预测误差均在5%以内,表明主观评价模型具有较高的预测精度。这对建立和完善工程机械的声品质评价方法、评价标准以及评价模型的研究具有重要意义。本文围绕工程机械驾驶室全局声振耦合特性分析与声品质评价研究,建立了典型结构形式工程机械驾驶室封闭声腔系统的声振耦合理论模型,分析了结构参数变化对封闭声腔系统全局耦合特性的影响规律,探讨了封闭声腔系统中低频噪声的控制方法及工程机械驾驶室噪声的声品质评价方法与评价模型,研究成果对降低工程机械驾驶室内低频噪声具有重要意义,也为工程机械驾驶室噪声的声品质评价与建模研究提供了思路和方法。