SEA模型
關注創建者：匿名 創建時間：2022-05-27
SEA模型的實例教程
隨著頻率增加，波長變短，系統的動態特性變得更為復雜，單位帶寬內的模態數量急劇增加，模型計算量巨大，模型無法準確計算。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。
展開 wx_fmt=png&from=appmsg"></em></p><p class="ql-align-center"><em>圖1 現代卡車測試車輛</em></p><p><br></p><p><strong>整車SEA模型創建</strong></p><p>此項目使用了法國ESI集團的VA One商用軟件，主要對車內車外空氣聲傳遞路徑進行了建模分析。整車SEA建模流程如圖2所示。VA One中的建模過程從導入CAD模型或有限元（FE）模型開始。導入的有限元模型包含主要的整車結構部件及內外飾結構部件，主要用于創建結構SEA板。通常，使用結構SEA板只創建一半的模型，即駕駛員側或副駕側。將SEA結構子系統劃分為多個SEA板是根據每個板的相同材料屬性要求和系統的不連續性來確定的。作為一般準則，為了確保SEA假設的有效性，子系統盡量滿足每個頻帶內至少3個模態數的要求。</p><p><br></p><p>一半的整車SEA結構子系統創建后，會在對稱平面，車內空間和車外側創建附加的輔助SEA板，它們將用于將大聲腔劃分為多個小聲腔。大部分SEA板都是平板，另外單曲率板或雙曲率板用于考慮具有曲率面板的零部件，例如擋風玻璃或輪罩等。一旦創建了全部的結構SEA板，就會使用內置插件腳本程序來生成全部的聲腔。最后全部聲腔生成后，這些輔助SEA板需要被刪除。通常情況下，車內空間被分為多個車內聲腔，例如每個座位分為頭部聲腔和腰部聲腔。駕駛室外部會增加一層或多層聲腔，用以仿真聲音在車輛周圍的傳播。外部聲腔的自由面與SEA半無限流體（SIF，Semi-Infinite Fluids）相連。SIF是代表聲能量的匯聚，可表示為噪聲在自由場中的傳播。</p><p><br></p><p>整車SEA板及聲腔生成后可以自動生成連接Junction并進行連接的檢查，這些連接代表子系統間能量的傳遞。
展開 1.Hybrid FE-SEA方法
從物理上來看，所謂中頻的特征是子系統中同時存在聲-振的高頻擴散場和低頻非擴散場。擴散場可以用統計能量法（SEA）較好的分析，而非擴散場則應該由確定性方法（有限元、邊界元等）來計算。
圖1 混合方法示意圖
VA One中的混合FE-SEA方法首先對系統進行劃分，根據波長或者模態密度將系統劃分為一系列確定子系統和隨機子系統，分別在其中使用FE和SEA模型。確定子系統和隨機子系統在邊界上的耦合通過互易原理進行計算。圖1描述了混合方法的原理。FE子系統和SEA子系統通過Hybrid Junction相連接，直接場表示有限元子系統的能量輻射到SEA子系統，而SEA的作用通過混響載荷施加到FE模型上。
圖2 混合法計算中頻結構聲
圖2是混合模型計算車輛中頻結構聲。例子中的結構是FE模型，聲腔則采用SEA。藍色區域是Hybrid Junction。結果是1N激勵下的兩個聲腔的聲壓級。這個模型充分利用了整車振動分析中的有限元模型，直接導入其振動模態。Junction和SEA聲腔的創建比較容易。SEA聲腔大大減少了計算量，使求解過程能夠在小時內在普通計算機上完成。可以很方便地將聲學包加入此耦合模型。
展開 傳統非結構質量單元法模擬聲學內飾件和阻尼材料已經無法滿足中頻車內噪聲計算精度的要求，尋找創新的方法能夠精細化模型并進行優化的需求與日俱增。通用汽車已經采用Actran軟件并利用現有的結構有限元模型，準確的考慮車輛中的所有聲學內飾件，補充了中頻段（400-1500Hz）的NVH仿真能力。通過結構的修改和仿真的驗證，得到了解決噪聲問題的方案。
圖 1 通用汽車通過結構修改優化了噪聲
近年來，Actran在中低頻有限元方法的基礎上，進一步補充了統計能量方法（SEA），使NVH分析能力覆蓋了由中低頻到高頻的全頻帶。Actran統計能量方法使用虛擬功率輸入法（PIM），可以基于中低頻的有限元模型自動創建高頻SEA模型，準確的考慮結構聲和空氣聲傳遞，真正的做到了基于一套有限元模型進行全頻段分析。奧迪汽車將過去的有限元模型通過Actran SEA的方法，通過導入網格并定義子系統的劃分，快速的創建出應用于高頻分析的SEA模型，預測結內飾車身的結構聲。
圖 2 由有限元模型定義的SEA模型
針對汽車行業中車內NVH問題，Actran聲學團隊計劃開展“Actran汽車聲學內飾NVH仿真專題培訓”，以實操為基礎，結合真實案例，手把手幫您解鎖聲學內飾仿真技術，歡迎提早報名。
展開 統計能量分析對如下情況特別有用：
? 高頻（模態密集）的振動聲學問題
? 概念階段，不具有設計細節時（CAD、有限元網格）
技術特點：
?
SEA+（N-P05.00.1）：統計能量分析的核心產品，用于創建、運行和后處理統計能量分析模型。對于統計能量模型的創建，支持三維網絡顯示功能，支持各種單元類型（梁、板、曲殼、空腔等）和單元間的連接（點、線、面連接、聲泄露等），并支持最廣泛的振動和聲源庫：從標準振動能量輸入、到高度復雜的湍流邊界層等等。SEA+產品的核心功能和獨特價值正在于這些庫：功能強大且經過系統的驗證，內嵌了最豐富的先進技術。在后處理模式中，可以將標準結果可視化，如振動級和聲壓級。此外，功率流圖表可以給出更多振動能量如何在系統內部流動的信息，能夠更加有效地優化振動噪聲行為。
SEA_Virt（N-P05.10.1）：采用獨有的子結構劃分技術，能夠自動將現有的有限元模型轉換成中頻統計能量分析模型，并自動識別所有的模型參數。如果不采用該模塊，用戶需要手動創建可靠的統計能量模型，這對于不熟練的或者新用戶是非常不容易實現的。采用SEA_Virt，用戶不會再為如何創建統計能量模型而苦惱， 因而是一個非常有價值而且特有的解決方案。SEA_Virt以一種非常實際、有效的方式在有限元和統計能量之間建立了一個“橋梁”，因此是相比其他同類軟件最有力的競爭優勢之一。
SEA-Foam（N-P05.20.2可選模塊）：可以進行吸聲材料建模，包括汽車、其他車輛和飛機的多層聲學內飾模擬。
SEA-Shock（N-P05.30.2可選模塊）：可以預測結構上的沖擊效應。例如，星箭分離階段火工品爆炸誘發的衛星系統上的高頻、沖擊類型的結構振動。這個工具所采用的獨有技術能夠非常準確地預測其沖擊響應。
展開 
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wx_fmt=png" width="560"></p><p><strong>HyperMesh CFD虛擬風洞加密設置</strong></p><p><br></p><p><strong>SEA統計能量法模型</strong></p><p><br></p><p><strong>? HyperMesh NVH導入CFD的計算結果，玻璃表面的瞬態風壓，設置SEA參數：</strong></p><p><
通過創建統計能量分析SEA整車空氣聲模型，可以在滿足精度的條件下，快速方便地分析及優化卡車的整車聲學包，指導聲學包性能開發和設計。卡車的整車SEA模型被分為：（a）SEA結構子系統，（b）SEA聲腔子系統，（c）子系統間的連接。SEA結構子系統代表子系統具備存儲動能的能力，包括了頂棚、地板、前圍等物理部件。
六折
Adams與matlab的聯合仿真
https://www.yqgqt.org.cn/video/c10641
六折
VA One基礎課程精華版
https://www.yqgqt.org.cn/video/c14587
六折
VA One SEA
Actran統計能量方法使用虛擬功率輸入法（PIM），可以基于中低頻的有限元模型自動創建高頻SEA模型，準確的考慮結構聲和空氣聲傳遞，真正的做到了基于一套有限元模型進行全頻段分析。奧迪汽車將過去的有限元模型通過Actran SEA的方法，通過導入網格并定義子系統的劃分，快速的創建出應用于高頻分析的SEA模型，預測結內飾車身的結構聲。
一旦評估了所有噪聲源，便可以將它們集成到SEA模型中，以評估整個噪聲的傳播。
Skoda交通運輸項目現場研究首席研究員Petr Cuchy說：“所描述的方法在項目初期幫助我們確定了電車的哪些結構成分對內部噪音的影響最大。”
VA One的軌道聲學仿真工作流程
另外，可以通過統計能量分析（SEA）在系統模型中使用聲輻射功率。該工具通過考慮系統中的所有噪聲源，有助于預測火車內部的噪聲。
確定車輪的聲輻射功率后，可以從其他噪聲源評估類似的分解結果。這些來源可以包括供熱、通風和空調（HVAC）系統以及振動下的擠壓或復合結構。
Actran 2023.1新版本增加了不少亮點功能，其中增加了基于實驗的聲源逆向識別法；在電機噪聲工作流管理器中增加了對斜級電機和軸向電機的支持；在阻尼優化工作流管理器中增加了阻尼片位置自動選擇的功能；在SEA模型中增加了使用插入損失定義聲學內飾件的功能；在氣動噪聲實時讀取CFD數據時支持對EnsightGold格式的支持等。
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3 VSEA技術流程
其中的多尺度虛擬SEA（MS-VSEA）技術可以根據在不同頻率段內模態分布的不同，將劃分好的子系統在不同頻率段內自動組合，獲得用于中頻NVH分析的SEA模型。
圖1-MSC Nastran有限元和ActranSEA模型
振動聲學響應預測
使用MSC Nastran提取的結構和聲學模態創建巴士完整的聲振耦合SEA模型。在Actran圖形界面中根據有限元單元屬性號和結構的材料以及形狀劃分子系統，用來創建統計能量矩陣。
