Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用

2013-06-04 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

本文通過(guò)車身分析的實(shí)例,研究了采用Virtual Lab進(jìn)行車身聲學(xué)靈敏度分析的方法。與FEA方法相比Virtual Lab更簡(jiǎn)單,高效。
汪曉虎顧彥來(lái)源:LMS
關(guān)鍵字:CAE LMS Virtual Lab 聲學(xué)靈敏度

1.簡(jiǎn)介
聲學(xué)靈敏度即在激勵(lì)點(diǎn)加載時(shí)響應(yīng)點(diǎn)的聲壓響應(yīng)與激勵(lì)點(diǎn)輸入的力的比值,相當(dāng)于從激勵(lì)點(diǎn)到響應(yīng)點(diǎn)的聲壓頻率響應(yīng)函數(shù),它表征的是車身結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)輸入能量通過(guò)空氣流體傳遞到乘客耳朵的縮放效果。聲學(xué)靈敏度分析是整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中先期評(píng)估結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的一個(gè)有效方法,通過(guò)聲學(xué)靈敏度分析的結(jié)果我們能發(fā)現(xiàn)車身的聲學(xué)特性及存在的問(wèn)題,進(jìn)而按照要求進(jìn)行修改,使新設(shè)計(jì)或改進(jìn)的車身達(dá)到比較好的聲學(xué)性能。
目前常用的P/F分析方法采用FEA諧響應(yīng)分析,計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài),聲學(xué)模態(tài)并耦合計(jì)算得到聲音響應(yīng)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)有限元工具沒(méi)有專門支持類似分析的模塊,前后處理時(shí)間比較長(zhǎng),工作比較繁瑣容易犯錯(cuò)誤而且分析時(shí)間長(zhǎng),效率低。本文主要論述采用Virtual Lab進(jìn)行的車身聲學(xué)靈敏度分析,利用Virtual Lab可以簡(jiǎn)單的完成聲學(xué)靈敏度的分析工作,提高分析效率。
分析流程如下:

Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用+學(xué)習(xí)資料圖片1

2.結(jié)構(gòu)模型及模態(tài)結(jié)果準(zhǔn)備
Virtual Lab 的聲學(xué)分析分為有限元法和邊界元法,本文采用的有限元法。Virtual Lab 分析的結(jié)構(gòu)模型從FEA有限元分析模型中導(dǎo)入,在聲學(xué)靈敏度分析之前要使用NASTRAN計(jì)算結(jié)構(gòu)模型的模態(tài)參數(shù)。所分析的有限元模態(tài)頻率要高于我們要得到的聲學(xué)靈敏度的頻率,一般是兩倍,這樣才能保證在Virtual Lab 分析中得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。圖1是車身結(jié)構(gòu)模型
3.聲學(xué)模型建立及處理
結(jié)構(gòu)分析模型和結(jié)果輸入之后要對(duì)模型進(jìn)行預(yù)處理,為了順利的建立聲空腔模型,要把結(jié)構(gòu)模型中聲空腔四周的洞堵上,Virtual Lab-Structures-Cavity Meshing中有完備的工具可以幫助解決這個(gè)問(wèn)題。
聲腔周圍的孔洞不用全部堵上,根據(jù)聲腔單元的尺寸需要處理對(duì)應(yīng)尺寸的孔洞就可以了,其它的工作由Virtual Lab來(lái)完成。建模過(guò)程中可以處理一部分之后嘗試生成聲腔模型,能成功生成滿足分析需要的聲腔模型就可以了。
汽車結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析中椅子的處理是比較重要的一部分,在Virtual Lab中可以直接在建立聲腔模型時(shí)指定椅子的表皮,作為聲腔的內(nèi)部邊界,這樣就可以得到分別放在不同集合中的椅子和車內(nèi)聲腔的模型,然后對(duì)不同區(qū)域賦予不同的材料屬性,以便在分析中得到更加精確的結(jié)果。
聲腔建模時(shí)另外一個(gè)關(guān)鍵部位是行李艙的聲腔,對(duì)于不同的分析要求需要有不同的處理方法。車身的實(shí)際結(jié)構(gòu)和分析的工況決定行李艙的建模和處理方式,對(duì)于衣帽架和后座椅完全將行李艙與乘客艙隔開(kāi)的結(jié)構(gòu),應(yīng)分開(kāi)建模并避免乘客艙與行李艙聲腔的耦合。下面圖2是聲腔模型。對(duì)已經(jīng)建立的聲腔模型進(jìn)行聲模態(tài)計(jì)算,得到聲模態(tài)的結(jié)果供響應(yīng)分析時(shí)使用。

Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用+項(xiàng)目圖片圖片2
圖1 車身結(jié)構(gòu)模型

在建立聲空腔模型的基礎(chǔ)上對(duì)流體模型進(jìn)行預(yù)處理,在聲腔與結(jié)構(gòu)耦合的表面建立一層虛擬的假皮,在Virtual Lab中這一層表皮用來(lái)處理結(jié)構(gòu)與流體之間的相互作用。
汽車車身上大量使用阻尼墊和吸音棉材料來(lái)降低乘客艙內(nèi)的噪聲,一個(gè)好的分析模型應(yīng)該也盡量的模擬這些措施產(chǎn)生的作用。Virtual Lab中提供了添加聲學(xué)屬性的工具,通過(guò)添加聲學(xué)屬性,可以很方便的模擬常用的噪聲控制措施,這里阻尼材料及飾件的結(jié)構(gòu)特性在結(jié)構(gòu)分析中也要給與相應(yīng)的考慮。
4.邊界條件及載荷
聲學(xué)靈敏度的計(jì)算中需要計(jì)算聲靈敏度的點(diǎn)為輸入點(diǎn)一般只考慮XYZ三向力輸入,模型中輸入點(diǎn)為三向平移自由度,特殊情況下也包含XYZ三向力矩輸入,模型中就要加入輸入點(diǎn)的三向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。輸出點(diǎn)是聲壓響應(yīng)點(diǎn)或其他需要考慮的點(diǎn),通常需要評(píng)估的是駕駛員右耳位置的聲壓。
載荷的施加是分析前的最后一項(xiàng)工作,在進(jìn)行P/F計(jì)算時(shí)施加的是幅值為1N的白噪聲力載荷。可以用Excel編一個(gè)表格倒入到模型載荷集中,或者添加一個(gè)可編輯的載荷集然后手工輸入。

5.分析和結(jié)果后處理
插入一個(gè)振動(dòng)聲學(xué)響應(yīng)分析,并設(shè)置對(duì)應(yīng)的輸入為前面已經(jīng)建立的結(jié)構(gòu)及聲學(xué)模態(tài)結(jié)果和預(yù)處理(振動(dòng)聲學(xué)映射、向量轉(zhuǎn)換等中間分析這里不做單獨(dú)討論)。求解振動(dòng)聲學(xué)響應(yīng)分析即得到所求的聲靈敏度,下面圖3至6是計(jì)算得到的車身上副車架后安裝點(diǎn)的聲學(xué)靈敏度結(jié)果。

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圖2 聲腔模型