NVH仿真教程-車室聲腔模態分析
前處理：Hypermesh 14.0
求解器：Nastran 2017
后處理：Hyperview 14.0
1. 摘要
2. 車室聲腔網格模型
3. 聲腔模態分析
要解決車內噪聲問題,首先必須要明確車內噪聲的產生機理,掌握車內聲場的分布情況，然后才能采取相應的改進措施進行降噪。車內噪聲的產生機理比較復雜，大致分為2個方面：
空氣噪聲,主要是發動機，進排氣噪聲等通過空氣傳入車內,空氣噪聲主要集中在800Hz以上的中高頻段；
結構噪聲,主要是發動機，輪胎，路面及氣流引起車身的振動而向車內輻射的噪聲，結構噪聲主要集中在400Hz以下的低頻段。
試驗研究表明,對于轎車乘坐車室來說,發動機振動，路面激勵等引起的車身壁板振動而輻射出來的結構低頻噪聲在車內噪聲中占主要地位。研究車室空腔內低頻噪聲的聲場分布，就能夠進一步解釋低頻噪聲產生的真正原因，從而為改善車室的乘坐環境提供理論依據。
在車身NVH設計階段，對車室聲腔進行模態分析不僅可以掌握車內空腔的聲學模態頻率和模態振型，在設計過程中避免車身結構振動導致的車內共鳴噪聲，合理布置和優化車內聲學特性，還可以掌握空腔聲場的聲壓分布情況，為預測并分析動態聲學響應做準備。
首先，我們把內飾車身的網格模型導入Hypermesh中，如下圖所示：
在CAE實際工作中，我們只考慮車身內的聲腔，而不考慮車身上梁，柱，開閉件等其他內外板之間的空腔，所以為了不生成多余的聲腔網格模型，在劃分聲腔網格之前，我們需要先把車室里能與空氣接觸到的板件單獨顯示出來。如下圖所示：
然后我們可以把一些大的孔與縫隙給補上，一些小的縫隙，孔可以忽略，如下圖所示：
補完后，我們就可以使用hypermesh專有的功能創建聲腔模型，按圖示方法上拉菜單 > mesh > create > Acoustic Cavity Mesh 調用Acoustic Cavity Mesh功能；
然后點擊界面中的structure-copms中選擇我們挑出來的板件，按圖示把右邊的參數填上，element size表示網格的尺寸大小(由于聲學單元的理想尺寸是每個波長至少六個單元，根據空氣中的聲速和噪聲的分析頻率可以計算出聲波的波長以及聲學單元的理想長度 d = v/(6*f)，其中 v 是聲速，f 是求解的最大頻率）；max frequency表示在該網格尺寸下，最大允許能求解的聲腔模態頻率；gap/hole patch size 表示在劃分網格模型的時候，結構上小于該尺寸的縫隙與孔將會被忽略。點擊preview，如果預覽的聲腔模型形狀基本都填充了整體車室模型，沒有什么大問題就可以點擊左邊的 Mesh 按鈕生成聲腔網格模型。
上面生成的聲腔模型中有兩個層，一個是聲腔實體模型，另一個是聲腔的表面模型，在這里，我們只需要用到聲腔模型的表面模型，把聲腔模型單獨導出；
把單獨導出的聲腔表面模型用hypermesh從新打開，并把座椅的的表面模型也導進來，此時該模型中只有一個聲腔表面模型與座椅表面模型；
最后，使用3D > tetramesh 功能把座椅與聲腔表面間填充3D 實體網格，同時把座椅表面的空腔也填充3D實體網格。（詳細操作與設置請參考"流固耦合系統模態分析"）完整的聲腔模型如下圖所示：
聲腔模型建立完成后，聲腔網格模型出來后，還需要對其進行進一步設置。點擊圖示圖標，把聲腔模型單獨顯示出來全選上所有的節點，然后點擊edit，進去設置界面把CD-1勾選，界面將出現-1的字樣，點擊return完成設置。這一步設置把聲腔模型的節點設置為流體節點；
最后定義材料屬性，車室聲腔模型的材料選擇流體材料類型MAT10，設置材料密度1.2e-12 ton/mm^3，聲速340000mm/s. 同樣，由于座椅除了骨架外其余大多由海綿等多孔材料組成，其中填充著大量的空氣，所以座椅的材料選擇也流體材料類型MAT10，設置材料密度1.2e-11 ton/mm^3，比空氣的密度略大，聲速340000mm/s.
最好，檢查一下聲腔模型的網格質量，如無問題，聲腔網格模型就建立完成，下一步可用于模態分析。
求解模態的方法與詳細的參數設置請參考”流固耦合系統模態分析“ ，下面給出本次聲腔的前4階模態計算結果：
上圖的左上為第一階縱向模態，右上為第二階縱向模態，左下為橫向模態，右下為縱向橫向交織模態。圖中的顏色表示壓力的大小，車身不同位置的壓力是不一樣的，有的地方壓力位 0。壓力為 0 的地方的連線稱為聲腔模態的節線，類似于結構模態的節點，當聲腔受到外界激勵的時候，聲壓變化大的地方響應大，即靈敏度大，而聲壓沒有變化的地方，外界的激勵不引起任何變化。
車身的每一階聲腔模態有特定的形狀，表示特定的聲壓分布。隨著模態階次的增加，聲腔模態形狀將會越來越復雜。
來源：汽車NVH仿真
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