統計能量法
關注創建者：海克斯康設計與仿真 創建時間：2021-03-03
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Altair汽車風噪仿真網絡研討會
培訓內容： 1.基于GPU硬件和LBM算法的風噪模型； 2.虛擬風洞建模方法； 3.基于統計能量法的乘員艙風噪分析； 4.風噪驗證案例。
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統計能量法的實例教程
針對這種中高頻的振動問題，則適合采用統計能量法進行仿真分析。Actran作為一款功能全面、方法先進的聲學分析軟件，具備聲學分析、聲振耦合分析、流動噪聲分析、以及統計能量分析等多種功能。
統計能量分析中所需的參數主要有兩種來源：基于理論或者基于試驗。而Actran的虛擬統計能量分析方法還可以直接通過中低頻有限元分析計算得到這些參數，并可以通過外插的方式將其向高頻段進行拓展。如下圖所示車門模型，計算到2kHz，需要采用8mm的網格，計算時間30min，而計算到8kHz，則需要4mm的網格，計算時間8h。
采用Actran的虛擬統計能量分析可以非常準確的將2kHz計算得到的參數拓展到8kHz范圍內，從而在幾乎不損失計算精度的前提下大大提高計算效率。因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。因此針對上述情況，MSC Nastran 2022.4版本推出一項新功能，可以使不太熟悉Actran操作的用戶對MSC Nastran的結構模型稍加修改就可以直接提交Actran進行統計能量分析計算，而無需重新創建一套統計能量分析模型，從而大大降低了統計能量分析的使用門檻，提高分析效率。
下面通過一個簡單的模型來說明這一功能的操作步驟。
創建MSC Nastran SOL103模態分析文件
上圖為一個簡單的模型。圖中兩個平板，中間采用RBE2連接。首先針對這個模型創建模態分析SOL103的計算模型文件。
展開 針對這種中高頻的振動問題，則適合采用統計能量法進行仿真分析。Actran作為一款功能全面、方法先進的聲學分析軟件，具備聲學分析、聲振耦合分析、流動噪聲分析、以及統計能量分析等多種功能。
統計能量分析中所需的參數主要有兩種來源：基于理論或者基于試驗。而Actran的虛擬統計能量分析方法還可以直接通過中低頻有限元分析計算得到這些參數，并可以通過外插的方式將其向高頻段進行拓展。如下圖所示車門模型，計算到2kHz，需要采用8mm的網格，計算時間30min，而計算到8kHz，則需要4mm的網格，計算時間8h。
采用Actran的虛擬統計能量分析可以非常準確的將2kHz計算得到的參數拓展到8kHz范圍內，從而在幾乎不損失計算精度的前提下大大提高計算效率。因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。因此針對上述情況，MSC Nastran 2022.4版本推出一項新功能，可以使不太熟悉Actran操作的用戶對MSC Nastran的結構模型稍加修改就可以直接提交Actran進行統計能量分析計算，而無需重新創建一套統計能量分析模型，從而大大降低了統計能量分析的使用門檻，提高分析效率。
下面通過一個簡單的模型來說明這一功能的操作步驟。
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創建MSC Nastran SOL103模態分析文件
上圖為一個簡單的模型。圖中兩個平板，中間采用RBE2連接。首先針對這個模型創建模態分析SOL103的計算模型文件。
展開 針對這種中高頻的振動問題，則適合采用統計能量法進行仿真分析。Actran作為一款功能全面、方法先進的聲學分析軟件，具備聲學分析、聲振耦合分析、流動噪聲分析、以及統計能量分析等多種功能。
統計能量分析中所需的參數主要有兩種來源：基于理論或者基于試驗。而Actran的虛擬統計能量分析方法還可以直接通過中低頻有限元分析計算得到這些參數，并可以通過外插的方式將其向高頻段進行拓展。如下圖所示車門模型，計算到2kHz，需要采用8mm的網格，計算時間30min，而計算到8kHz，則需要4mm的網格，計算時間8h。
采用Actran的虛擬統計能量分析可以非常準確的將2kHz計算得到的參數拓展到8kHz范圍內，從而在幾乎不損失計算精度的前提下大大提高計算效率。因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。因此針對上述情況，MSC Nastran 2022.4版本推出一項新功能，可以使不太熟悉Actran操作的用戶對MSC Nastran的結構模型稍加修改就可以直接提交Actran進行統計能量分析計算，而無需重新創建一套統計能量分析模型，從而大大降低了統計能量分析的使用門檻，提高分析效率。
下面通過一個簡單的模型來說明這一功能的操作步驟。
01
創建MSC Nastran SOL103模態分析文件
上圖為一個簡單的模型。圖中兩個平板，中間采用RBE2連接。首先針對這個模型創建模態分析SOL103的計算模型文件。
展開 介于上面的缺點，人們開始使用統計的方法處理復雜的動態響應特性。統計能量分析方法SEA（Statistical Energy Analysis），已被成功應用于車輛的聲學、振動傳遞路徑分析，并可以準確地進行各種結構于車輛的振動、聲學預測。
本文針對某型工程車輛，應用統計能量分析方法分析預測駕駛室司機耳旁噪聲，并對比試驗結果校核模型。根據仿真數據進行噪聲源分析，確定聲學包優化方案，通過仿真與試驗方法確定優化效果。
1 工程車輛駕駛室SEA模型的建立
1.1
統計能量分析基本原理
統計能量分析（
SEA
）是一種把研究對象劃分成子系統后，用功率流描述子系統間復雜作用關系的模型化分析方法。統計能量分析模型有
6
個基本假設：（
1
）模型的子系統間是線性守恒的耦合，不存在非保守性質的耦合特征；（
2
）能量是在具有共振頻率的子系統之間流動；（
3
）子系統受到的激勵為互不相關的寬帶隨機激勵，統計上獨立，具有模態非相干性；（
4
）在一個子系統中，固定頻帶內所有共振的模態能量均分；（
5
）互易性原理適應于不同子系統間；（
6
）任兩個子系統間的能量流與振動時耦合的子系統間的能量成正比。
1.2 SEA
模型建立及加載
在仿真軟件中建立駕駛室的
SEA
模型，是功率流平衡方程在具體結構上的形象化。對某工程車輛駕駛室的三維模型進行簡化，忽略后視鏡、孔洞、凸塊等細小特征。將駕駛室車身鈑金件、前后擋風玻璃、地板等部件建立為面板子系統。最終的駕駛室
SEA
模型如圖
1
所示，包含
742
個板結構子系統。
圖1 駕駛室SEA模型板結構子系統
駕駛室聲學包是通過計算駕駛員頭部所在聲腔的平均聲壓來衡量其聲學性能的。
展開 這兩部分在工程中分別采用有限元法（FEA）和統計能量法（SEA）進行仿真分析。對于中頻部分（350Hz-1KHz）車內噪聲，由于并不明顯，大多數單位并沒有做特殊關注。
圖1 有限元法（FEA）模型和統計能量法（SEA）模型
新能源汽車，尤其是純電動汽車，由于沒有了低頻發動機噪聲的掩蔽效應、以及本身電驅動總成存在的嘯叫，中頻部分的NVH問題會凸顯出來。
目前對于中頻部分（350Hz-1KHz）車內噪聲的分析也成為一個關注點。
相比于低頻主要為結構聲路徑、高頻主要為空氣聲路徑，中頻噪聲同時包括了結構聲和空氣聲兩部分。
對于這部分的問題采用有限元法（FEA）或統計能量法（SEA）都將不再適用。
首先，有限元法（FEA）隨著分析頻率提高要求網格細化，同時也會增大誤差。
有限元法在計算整車NVH問題時計算成本也會隨著分析頻率提高大幅提高。
統計能量法（SEA）是基于弱耦合假設建立的，但在中頻范圍車身板件有些還是以強耦合方式連接。
因此強行采用傳統統計能量法（SEA）進行中頻分析將會增大仿真的誤差。
圖2 整車中頻NVH應用分類
Simcenter SEA+結合中頻NVH仿真的需求，采用針對性的技術將有限元數據和統計能量方法有機結合，幫助解決整車中頻NVH仿真中空氣聲和結構聲精細化建模仿真的難題。其中主要包括下面幾個方面：
中頻子系統自動劃分
結構子系統及連接參數準確確定
基于非共振能量理論的隔聲量計算
中頻子系統自動劃分
為了保證統計能量法在中頻范圍分析的準確性，需要確保在中頻段的子系統劃分的精度。
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wx_fmt=png"></p><p><strong>SUV/MPV車型的后尾翼通常安裝在車頂末端</strong></p><p><br></p><p><strong>仿真模型描述</strong></p><p><br></p><p>本文采用空氣動力學分析模塊ultraFluidX和統計能量法模塊SEAM分析鏤空尾翼對風噪的影響。
講師：湯凱利 Altair 技術工程師
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Altair汽車風噪仿真網絡研討會
03月28日 丨10:00-11:30
1.基于GPU硬件和LBM算法的風噪模型；
2.虛擬風洞建模方法；
3.基于統計能量法的乘員艙風噪分析；
4.風噪驗證案例。
以以下模型進行模型說明及示意：
內嵌cohesive單元的塊體沖擊剛性地板，需要統計沖擊后碎塊的數量及能量等數據
不同時刻的結果如下：
初始時刻
結果統計：
采用python對結果進行后處理，統計碎片的數量 碎片動能等數據
最后時刻 塊體受沖擊分為了三塊 我們可采用代碼進行提取結果
因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。
提供從基于有限元（FEM）、邊界元（BEM）的低頻結構/聲學分析，到基于統計能量法（SEA）的中高頻結構/聲學分析。能夠準確、高效地模擬結構振動、結構傳遞噪聲、空氣傳播噪聲、流體噪聲（如氣動噪聲）等復雜問題。通過在產品開發過程中集成基于Wave6的仿真分析，能夠在研發前期階段保證產品的振動噪聲性能，降低出現振動噪聲問題的風險。
因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。
因此Actran的虛擬統計能量法可以完美的解決上述中高頻振動分析問題。
但是，也有很多用戶對MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經驗；還有一些情況，用戶已經具備了MSC Nastran的結構模型，重新在Actran創建一套統計能量分析模型則略顯繁瑣。
使用軟件：PERA SIM ProNas
圖8 聲學包結構吸隔聲性能預測
圖9 汽車前圍板聲學性能預測
2.5客箱船降噪設計
本案例采用ProNas能量有限元法（EFEA-SEA技術），繼承了統計能量法的一些概念，克服了統計能量法的不足，可以用于強耦合和非保守的系統；摒棄了模態密度的概念，基于離散的單元比統計能量法中的子系統更為靈活
整車匹配階段包括電驅動總成懸置系統解耦設計、基于統計能量分析法、吸隔聲試驗技術及臺架NVH試驗技術的電驅動總成聲學包和整車聲學包正向開發并達成整車項目目標。
