聲腔建模的案例
聲腔的建模與傳涵對標(biāo) ￥1
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(guān)重要。本文安利一篇韓國現(xiàn)代汽車和西門子合作研究的一篇關(guān)于聲腔建模與對標(biāo)的案例。通過基于聲腔的模態(tài)頻率、振型和傳涵對標(biāo)，來修正聲腔建模方法，最終提高整車NVH仿真精度。”
01 概述
關(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)板件的振動傳遞函數(shù)
Area——流固耦合表面的單位面積大小，我的理解這就是指結(jié)構(gòu)的激勵耦合到聲腔上去的一個系數(shù)
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(yīng)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(yīng)，即p/Q，翻譯為聲腔傳遞函數(shù)。
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(shù)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(yīng)。
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(shù)，而該函數(shù)，即只與聲腔的模態(tài)、振型有關(guān)，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(guān)。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(tài)頻率和振型結(jié)果，同時采集28條的ATF曲線，作為對標(biāo)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(biāo)。
展開 白車身有限元模型建模規(guī)范
3.5.0 卡扣的連接關(guān)系：
采用RBE2連接方式，釋放3個方向轉(zhuǎn)動自由度
3.5.1 翻邊做法：
包邊的做法如上圖：取外板最外層一排單元，內(nèi)板節(jié)點跟外板合并，翻邊厚度=2倍外板厚度+1倍內(nèi)板厚度
4.1 聲腔網(wǎng)格建模標(biāo)準(zhǔn)：
空氣單元大小采用：100*100；形式：六面體
座椅單元大小采用：70*70；形式：六面體
注：座椅跟空氣單元節(jié)點合并。
案例分享 | Avio使用MSC Nastran和Actran確保空間發(fā)射器的結(jié)構(gòu)可靠性
這種快速而有用的數(shù)值策略可準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)和聲學(xué)確實存在弱耦合位置處的結(jié)構(gòu)振動，但無法表示聲腔內(nèi)部的聲壓級和其與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相互作用。
圖 5: MSC Nastran提取的模態(tài)振型
為了克服該限制，第二種解決方案探索了內(nèi)部聲腔的仿真。將空腔的有限元模型添加到整個結(jié)構(gòu)中，并研究了兩種可能性：以結(jié)構(gòu)為模態(tài)分量和以空腔為物理分量的混合解；以及以結(jié)構(gòu)部件和聲腔為模態(tài)組件的全模態(tài)解決方案。考慮到計算時間，后一種解決方案被證明更加靈活和通用。通過將隨機平面波疊加直接施加在結(jié)構(gòu)的外表面上獲得了擴散聲隨機場。
作為最終模擬，對測試狀態(tài)進行了非常詳細(xì)的重建，對外部環(huán)境和內(nèi)部聲腔進行了建模。將擴散聲隨機場應(yīng)用于周圍的外部流體域。這種模擬的主要好處是可以對外部和內(nèi)部的所有環(huán)境進行精確建模，但是分析涉及的大量自由度在計算機內(nèi)存和求解時間方面的消耗量也不容忽視。
圖 6: 外部和內(nèi)部聲域中的相關(guān)麥克風(fēng)和測量點
圖7: Vega整流罩--振動水平比較
為了探索這種分析的高頻能力，使用了高達2000Hz的有限元模型進行了仿真，事實證明，不同方法適用于新發(fā)射器開發(fā)的不同階段。同時也確定了可能的仿真改進，例如，使用非參數(shù)變化方法（NPVM），這是一種通過Actran軟件中基于的Monte-Carlo解決方案框架進行模態(tài)頻率響應(yīng)的非確定性方法。
新型VEGA C發(fā)射器
在使用VEGA實驗測試進行驗證階段之后，實施了聲學(xué)模擬方法，以評估新VEGA C結(jié)構(gòu)的振動聲響應(yīng)。
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