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來源：誤入CAE的程序員

作者:朱淑強

“聲腔的建模與仿真對提高整車仿真精度至關重要。本文安利一篇韓國現代汽車和西門子合作研究的一篇關于聲腔建模與對標的案例。通過基于聲腔的模態頻率、振型和傳涵對標，來修正聲腔建模方法，最終提高整車NVH仿真精度。”

01 概述

關于聲腔建模的精度的意義就不說了，案例中首先拋出一個公式。乘員艙內的聲壓P可以使用以下公式來理論計算：

求得了駕駛員人耳出的聲壓，即得到實際的噪聲大小。這里以轟鳴音為例來說明這個公式。式中：

F——動力總成傳遞到車身接附點的實際激勵

VTF——接附點到所有與聲腔耦合結構板件的振動傳遞函數

Area——流固耦合表面的單位面積大小，我的理解這就是指結構的激勵耦合到聲腔上去的一個系數

ATF——英語為Acoustic transfer function，開始我以為是類似于NTF，但其實不是，我的理解應該是在耦合板件位置處加載一個單位聲壓激勵，人耳出得到的聲壓響應，即p/Q，翻譯為聲腔傳遞函數。

那么F*VTF就是所有流固耦合板件的實際激勵大小，乘以流固耦合傳遞到聲腔上去的一個系數Area，得到所有耦合板件出的聲壓激勵大小，再乘以ATF，就能得到人耳出的聲壓實際響應。

所以，要想得到精確的人耳位置實際聲壓大小，就需要有精確的ATF——聲腔傳遞函數，而該函數，即只與聲腔的模態、振型有關，換句話說，也只與聲腔的建模方法，聲腔的材料屬性賦值有關。那么，如何得到精確的聲腔建模方法，案例中以一款三廂車seden為對象，通過以下3步進行：

第一步，采用體積聲源，利用多點激勵，采用實驗的方法獲取聲腔的模態頻率和振型結果，同時采集28條的ATF曲線，作為對標用實驗參照；

第二步，分別對頻率、振型和ATF進行仿真與實驗對標。在利用ATF對標中，案例中引入了一個HIF（Hynudai Index of FRF）作為曲線對標好壞的評價指數，該指數處于0和1之間，距離1越近，與實驗對標的越好。應該是現代汽車獨有創造的評價方法，具體算法還未知，暫且翻譯為“現代汽車傳涵置信度”吧。

最后一步，通過分析評判對標的結果，修改聲腔建模方法和屬性賦值，得到更精確的仿真結果。

02 通過實驗得到聲腔的模態頻率和振型

聲腔的模態實驗測試方法，當然需要耗費大量的實驗資源，但有如此之多，我還是沒有想到的。

首先，采用了12個西門子的體積聲源，作為聲壓的激勵。具體一起的規格和布點位置如下圖：

有激勵，當然也要有響應。實驗中使用了將近500個麥克，來接受聲壓響應，這些麥克呈陣列排布，500個，真壯觀。

同時，為了進行ATF的對標，實驗中還獲取了從主駕人耳和副駕人耳處到耦合板件位置處的ATF傳遞函數。

最后，通過一些處理手段和方法，得到的聲腔模態結果和振型如下：

03 聲腔模態、振型和ATF與實驗對標

仿真中，采用常規建模方法，利用MSC.Nastran求得聲腔的仿真結果，得到的模態頻率和振型對標結果如下：

整體上來講，仿真與實驗的對標情況均大體類似，但也有一些不好的地方。從頻率上來看，行李艙模態、縱向一階、縱向二階和垂向一階模態頻率值均與實驗由差距，需要進行修正。

在振型對比上，采用MAC（modal assurance criteria）模態置信因子來評價振型的相似性。MAC結果上來看，小于100Hz的MAC均接近于1，說明100Hz下的仿真模態振型與實驗幾乎一模一樣，但大于100Hz模態的MAC均小于0.7，尤其是在整車噪聲分析中的垂向模態，也小于0.7，著就意味著這階模態的整體精度不高。

下面分析一下ATF的對標結果。傳統的FRAC——頻響置信因子，對兩條傳涵的相似度已經不能提供合適的評價了，所以案例中引入了一個名為HIF（Hynudai Index of FRF）來評價仿真和實驗的相似度。同MAC一樣，HIF區間范圍為0-1，越接近1，兩條傳涵的相似度越高。

上圖為本案例中仿真與實驗ATF對標的結果。可以看出，大體的走勢相同，但局部的峰和谷還是沒有對上，尤其是在100Hz后，對標的不太理想。28條曲線的的HIF值為0.71，這是一個對標前的一般數值。