SEA模型的案例
基于統計能量分析方法的工程車輛駕駛室聲學包優化 附統計能量分析原理及其應用下載
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 工程應用 | Hyundai輕卡駕駛室聲學包仿真與驗證
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 “中頻振噪問題”的VA One解決方案
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 設計仿真 | Actran汽車聲學內飾NVH仿真專題培訓
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 
Siemens PLM Software高頻振動聲學仿真解決方案專項培訓邀請函
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 Siemens PLM Software高頻振動聲學仿真解決方案專項培訓邀 請 函
培訓信息：
時間：2014年10月20-21日（星期一-星期二）
地點：武漢大學工學部計算機學院機房（乘車路線及指示地圖請見附件）
地址：武漢市武昌區八一路武漢大學（武大正門進）
主講人：Koen De Langhe博士，英文授課，提-供中文翻譯
授課形式：一人一臺計算機，實際仿真工具及環境
費用：免費，提-供培訓資料及午餐
日程安排：
第一天：10月20日（星期一）
08:30-09:00 簽到
09:00-12:00
·SEA簡介
·SEA基本原理
·SEA參數：模態密度、阻尼、耦合損耗因子、功率輸入、能量變量
·SEA建模技巧經驗
· SEA+軟件簡介
·數據庫結構、材料模型、子系統、連接、源和載荷工況
·聲學探測器（探頭）、無限體積
·聲學處理（多孔材料、多層內飾、層合板建模）
·前處理：創建SEA+模型
·后處理：查看聲壓級SPLs、加速度級、能量流等
12:00-13:30 午餐
13:30-17:00 實例演示及練習
·實例1：面板隔聲應用
·吻合頻率、質量定律
·面板聲學處理
·練習：聲學傳遞損失分析
·實例2：復雜系統的振動聲學分析
·結構傳遞噪聲
·結構-結構連接
·練習：結構傳遞噪聲習題
第二天：10月21日（星期二）
09:00-12:00 虛擬SEA 技術（Virtual SEA）
·由有限元模型自動創建SEA模型
·解決中頻范圍的振動噪聲難題
·虛擬SEA基本原理：子系統自動劃分，間接耦合損耗因子
·SEA-Virt：集成于SEA+中的虛擬SEA模塊
·練習：潛艇虛擬SEA建模
12:00-13:30 午餐
13:30-17:00
·實驗SEA技術
·使用功率入射方法由實驗數據創建SEA模型
·衰減率估算
·SEA在建筑車輛領域的應用（SANDVIK）
·全頻段的駕駛艙設計分析
展開 案例分享 | Avio使用MSC Nastran和Actran確保空間發射器的結構可靠性
圖 11：VegaC–有效載荷配置
測試新的建模功能
除了上述FE方法，Avio的工程團隊還使用Actran虛擬SEA方法對整流罩結構進行了SEA分析。在已有有限元模型的基礎上，建立了整流罩結構的SEA模型。
用Actran實現的虛擬SEA方法不需要進行任何實驗或解析表達式來構建SEA模型。這是一個非常有效和經濟的技術，可以將現有有限元模型的振動聲學分析擴展到更高的頻率，而無需SEA專業知識的要求。此外，由于虛擬SEA方法依賴于現有的低頻有限元模型，因此獲得的SEA結果在低頻/中頻處有效，在高頻和中頻結果之間存在平穩過渡。
在整流罩結構上比較了測量結果和Actran Virtual SEA結果。特別是，分析了不同結構區域的平均振動水平。觀察到測量值與Actran虛擬SEA結果之間的匹配非常好。它展示了這種新方法解決此類分析的潛力，并將進一步用于未來的發射器結構分析。.
圖 12: Vega整流罩 – 虛擬SEA分析
關于AVIO
Avio是一家領先的國際集團，從事航天發射器以及固體和液體推進系統的建造和開發。50多年來積累的經驗和專業知識使AVIO處于固體、液體和低溫推進器以及戰術推進器領域的最前沿。Avio在意大利，法國和法屬圭亞那擁有5家工廠，在全球擁有約1000名高素質人員，其中約 30％參與研發。Avio是VEGA計劃的總承包商，也是Ariane計劃的分包商，兩者均由歐洲航天局（ ESA）資助。
關于海克斯康
海克斯康是傳感器、軟件及自動解決方案的全球領導者。
展開 Hyundai現代輕卡駕駛室聲學包仿真與驗證
在現代卡車項目中，用戶有兩個目標：
在保持成本不變的前提下，優化聲學包，降低車內聲壓級
在保持車內聲學特性水平不變的前提下，降低聲學包成本
圖1 現代卡車測試車輛
樣車測試：
此項目的測試分析工作主要是為統計能量分析模型提供載荷數據，也就是運行工況下的聲源能量。使用Brüel & Kj?r公司傳遞路徑分析（SPC）軟件，找出對車內聲學特性貢獻最大的源，以此驗證統計能量分析模型。經過驗證后的模型，才可以用于下一步的產品優化設計。
圖2 整車傳遞路徑分析（SPC）測試，紅色為空氣聲源，綠色為結構聲源
仿真分析：
統計能量分析方法（SEA）是分析中高頻聲學特性的重要方法。空間被分割成若干個獨立區域，聲音能量從聲源位置經過各個獨立區域，傳遞至耳部位置。傳遞過程中，在區域內部還考慮了內部能量損耗。此項目使用了ESI公司的VA one軟件，對車內車外噪聲進行了建模分析。
圖3 車內噪聲統計能量分析模型
改善方案：
為了完成第一個目標——同樣的成本、更好的性能——主要的修改位置為地板聲學材料，通過調整兩種聲學材料的厚度，在成本不變的情況下，降低車內聲壓級。
為了完成第二個目標——同樣的性能、更低的成本—— 減少地板隔音材料厚度，減少前、側、后部的內飾厚度，減少后地板發動機隔音材料厚度等。
Sound Answers公司（現為Brüel & Kj?r公司工程咨詢部門）在項目中負責試驗部分利用SPC軟件分析車內空氣聲貢獻（Air-born Contribution）和聲源能量，對ESI公司的SEA模型進行驗證。經過驗證后，由ESI公司進行聲學包優化設計，實現現代卡車的技術目標。
展開 多物理場仿真降低了汽車噪音
然后將波數光譜直接應用于模型。
然后在車架中的結構和流體上測試這些對流和聲學載荷，以評估機艙內的噪音。工程師可以通過最小化汽車內的噪音來使用這些數據來優化汽車的設計。
工作流程可歸納為：
選擇并后處理源CFD數據
在所選時間步驟的研究位置導出CFD模型
將CFD數據導入模型
分析模型并將結果可視化
聲學仿真的應用
汽車后視鏡周圍的湍流可以利用聲學仿真，來評估其對汽車內部噪音的影響。
以前，SEA模型是通過使用分析模型評估湍流結果而創建的。在過去，由于需要將CFD時間歷史數據與足夠的分辨率耦合來預測軟件定義事件，這使得聲學仿真變得難以進行。
而現在工程師對仿真的多核處理進行了優化。
因此，工程師將能夠在早期必須創建產品模型的短時間內進行大量仿真。這意味著工程師將能夠運行多種設計模型，這將使他們能夠在早期做出更明智的決策，從而減少在產品開發后期改進的成本。
展開 新能源汽車整車中頻NVH仿真難點及對策
圖8 某車型中頻振動噪聲傳函（NTF）對標
小結
Simcenter SEA+中集成的虛擬SEA（VSEA/MS-VSEA）以及非共振能量傳遞技術可以幫助工程師解決中頻NVH仿真分析中的頻子系統自動劃分、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的難題，快速準確的建立用于整車中頻NVH空氣聲和結構聲仿真的模型。
圖9 整車中高頻振動噪聲建模流程
展望
對Simcenter SEA+所建立的中頻模型進行高頻擴展，即可得到一個可以計算中高頻結構聲和空氣聲的模型；結合Simcenter 3D中聲學有限元/邊界元功能可以在產品開發前期進行用于聲學包分析的聲載荷計算；Simcenter SEA+中特有的聲源加載方式可以幫助用戶對空氣聲源傳遞到內場的噪聲貢獻度排序。
對于Simcenter 3D中的這些應用后續還將會有專題介紹。
展開 精確模擬軌道車輛噪聲以實現靜音行駛和出行
使用VA One軟件的FEM/BEM模塊，工程師可以對所需的任何車輪形狀進行建模，例如電車車輪
此外，使用3D模型將為研究承受軸負載或離心力的預應力模式提供機會。
Fiedler指出：“模態行為表示結構在特定負載下和特定頻率下的行為。”“當施加正確的力時，工程師將看到頻域中的實際結構振動，這被稱為模態方法。”
模擬的下一步是計算來自車輪的輻射功率，這是通過模擬車輪周圍的空氣來完成的。“在BEM仿真中，用戶將在車輪幾何形狀周圍創建一個表面包絡，并指定空氣會侵潤哪個表面側，”Fiedler指示。“解決之后，工程師便可以使用聲輻射功率。”然后，可以將這種聲輻射功率用作碼尺，以比較不同車輪幾何形狀的性能。
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。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。”“重要的是要專注于對聲音敏感的組件，避免解決對整體噪聲影響較小的零件，并避免為這些對聲音不敏感的組件增加額外的質量和成本。對我們而言，同樣重要的是估計預期的內部噪音水平。”
展開 
設計仿真 | 直播預告-Actran2023.1新版本功能介紹
Actran 2023.1新版本發布
海克斯康工業軟件Actran 2023.1版本正式發布，該版本包括新的聲學、振動聲學和航空聲學技術，將為聲學和NVH工程師提供新的工具，為創建復雜的模型提供更便捷的方法，并為客觀和主觀地評估噪聲提供全新的功能。
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。本期直播海克斯康講堂請到了工業軟件聲學仿真專家白玉儒講師為我們帶來Actran 2023.1新版本功能介紹，從功能講解到使用技巧，全面帶您玩轉Actran！
展開 精確模擬軌道車輛噪聲以實現靜音行駛和舒適出行
此外，使用3D模型將為研究承受軸荷或離心力的預應力模式提供機會。
Fiedler指出：“模態表達了結構在特定負載下和特定頻率下的行為。”“當施加正確的力時，工程師將看到頻域中的實際結構振動，這被稱為模態方法。”
模擬的下一步是計算來自車輪的輻射功率，這是通過模擬車輪周圍的空氣來完成的。“在BEM仿真中，用戶將在車輪幾何形狀周圍創建一個表面包絡，并指定空氣會侵潤哪個表面側，”Fiedler指示。“解決之后，工程師便可以使用聲輻射功率。”然后，可以將這種聲輻射功率作為一個指標來比較不同車輪幾何形狀的性能。
VA One的軌道聲學仿真工作流程。
另外，聲輻射功率可以通過統計能量分析（SEA）用于系統模型。該工具通過考慮系統中的所有噪聲源，來幫助預測艙內噪音。
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。這些來源可以包括加熱、通風和空調（HVAC）系統以及擠壓或復合結構的振動。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。
展開 案例分享 | 斯堪尼亞公交車：Actran NVH新功能提高了通勤者的舒適度
MSC軟件解決方案
為了覆蓋更寬的頻率，斯堪尼亞巴士計算團隊正在研究能夠滿足新要求的合適方法，既可以利用有限元模擬中的經驗，現有的有限元模型也可以被再次利用。
從有限元到統計能量
“有了Actran 虛擬統計能量方法，我們現有的有限元模型能夠被重新利用，這對于我們來說是最好的狀態。” Per Olof Berglund，斯堪尼亞巴士高級NVH CAE工程師說道。使用Actran SEA模塊和虛擬統計能量方法，CAE工程師確實能夠使用他們現有的有限元聲振耦合模型（模態振性和特征值）去創建一個統計能量模型。這不需要通過實驗或者解析公式即可建立統計能量模型。
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。
圖2-創建Actran虛擬統計能量模型需要的輸入
Actran的統計能量方法模塊提供了從現有的低中頻響應到中高頻響應的平滑過渡。
展開 【11月19日項目懸賞】
【單號6753】
預算范圍：20000
使用軟件：Ansys
需求描述：塑料件振動摩擦焊工藝仿真
立即搶單
【單號6739】
預算范圍：3000
使用軟件：abaqus
需求描述：混合梁鋼混結合段abaqus模型
立即搶單
【單號6707】
預算范圍：30000+
使用軟件：VA One
需求描述：VA One的二次開發， 基本要求：1，支持導入inp文件； 2，支持自動創建SEA子模型； 3, 支持自動創建聲學連接和聲腔 4，支持批量修改聲學參數 5，根據用戶輸入，自動創建載荷，并加載到指定的聲腔 6，支持輸出指定位置的聲學仿真結果
立即搶單
【單號6760】
預算范圍：1000
需求描述：設計一個小擺錘，出加工圖和計算書。架子5m高，擺臂3米，錘重2t。
立即搶單
【單號6749】
預算范圍：1000
使用軟件：ABAQUS (其他能做也行)
需求描述：半固態粉末壓縮(在粉末熔化的狀態下，進行加壓)
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