聲腔模態分析的案例
NVH仿真教程-車室聲腔模態分析
（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。
聲腔模態分析
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。
展開 聲學仿真專題 | 直管的聲腔模態分析
隨著NVH分析在各行各業的興起，聲音分析也成為結構工程師需要了解和掌握的技能。本文從最簡單的直管出發，介紹聲腔模態的有限元仿真方法。
聲學仿真專題 | 汽車內的聲腔模態分析
隨著NVH分析在各行各業的興起，聲音分析也成為結構工程師需要了解和掌握的技能。本文演示汽車聲腔，介紹聲腔模態的有限元仿真方法。
1 建模
汽車內的空氣模型如下圖所示：
2 材料參數
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
聲腔模態分析的設置如下：
5 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
6 考慮座椅的吸聲效應
在以上設置的基礎上，考慮座椅的吸聲效應，如下圖所示：
7 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
展開 基于Hyperworks汽車聲腔模態分析 ￥12
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，從而更好地在設計過程中避免車身結構振動導致的車內共鳴噪聲，合理布置及優化車內聲學特性，以此同時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好前期準備。
前處理：Hypermesh 14.0（optistruct/radioss）
求解器：optistruct/radioss
后處理：Hyperview 14.0
聲腔模態陣型圖
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【iSolver案例分享18】一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析
1.1 引言
iSolver為一個完全自主的通用結構有限元軟件，對標國際主流結構CAE商業軟件Abaqus、Ansys、Nastran，支持結構分析的常用功能，線性及材料非線性的精度和Abaqus沒有誤差，效率和Abaqus相當， iSolver自帶友好的三維可視化前后處理界面，也可作為一個輕量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主軟件中。
模態分析是各種動力學分析類型中基礎的內容，結構和系統的振動特性決定了結構和系統對其他各種動力載荷的響應情況。所以，一般情況下，在進行其他動力學分析之前首先要進行模態分析。
使用模態分析有如下功能。
（1）可以使結構設計避免共振或按照特定的頻率進行振動。
（2）可以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的。
（3）有助于在其他動力學分析中估算求解控制參數（如時間步長）。
iSolver可支持結構的模態，也能支持聲介質模態分析，本文以一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析的整個流程為例，將iSolver、Abaqus、理論計算結果進行對比，可發現iSolver頻率計算結果以及振型和abaqus完全一致，沒有誤差。
1.2 建模和網格劃分
在Hypermesh中建立三維圓管模型如下圖所示:
圓管長度為4.25,直徑長度為0.2，劃分網格，由于是三維結構，劃分為六面體單元，由于需要在iSolver中分析，iSolver支持Abaqus、Nastran等商業軟件模型的導入，在HyperMesh中導出為Nastran的bdf文件。
展開 汽車行業仿真咨詢與專業定制開發
制定整車的模態分布表、確定各系統總成和零部件的NVH性能指標。
分析內容主要包括：整車模態分析、聲腔模態分析、白車身模態分析、車身噪聲傳遞函數（NTF）分析、以及其他相關總成及零部件的NVH性能分析等等。
整車NVH傳遞路徑 聲腔模態分析 方向盤模態分析
5、 整車CFD仿真分析
汽車行駛時，周圍的空氣與其產生相對運動，形成對流。汽車行駛的速度越快，該氣流對汽車影響的作用越大。所以，現代汽車設計中必須考慮空氣動力對汽車的作用，要研究其對汽車主要作用性能的影響，以此指導汽車新產品的造型和結構設計工作。
應用CFD數值模擬可為車身氣動外形的初選提供依據，方便、直觀地了解汽車各部分的分離情況和尾部渦系結構及分布情況，初步計算出整車的風阻系數，為進一步細化設計提供依據。
分析內容主要包括：整車外流場風阻系數分析、空調通風管道流量分配分析、除霜除霧分析、機艙散熱分析、進排氣阻力分析等等。
整車外流場風阻系數分析
空調管道風量分配分析 除霜除霧分析
6、新能源汽車輕量化與工業再設計
整車輕量化技術是汽車技術發展的一個大方向，尤其對新能源汽車來說，從整車到零部件，輕量化設計貫穿于整車開發的整個周期中。
整車輕量化不是簡單的減重，而是要在滿足車輛模態、剛度、強度、疲勞、碰撞安全性和NVH（噪音、振動、平順性）等性能的基礎上，將結構輕量化優化設計技術（拓撲優化、形貌優化和尺寸優化等）與多種輕量化材料（鋁合金、復合材料等）、輕量化制造技術（精密鑄造、3D打印、激光拼焊等）集成應用從而實現產品的減重。
分析內容主要包括：白車身輕量化結構設計、開閉件輕量化分析、底盤結構件輕量化設計分析等等。
展開 【iSolver案例分享56】指示牌模態及響應譜分析
模態頻率值如下表所示：
一階模態位移云圖如下：
一階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
二階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
三階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
四階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
五階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
六階模態：Abaqus（左）、iSolver（中）、Ansys（右）
iSolver譜分析Mises應力云圖如下：
Abaqus譜分析Mises應力云圖如下：
Ansys譜分析Mises應力云圖如下：
結論：基于iolver軟件對指示牌進行了模態及響應譜分析，并將計算結果與Abaqus和Ansys進行了對比。三者模態振型均變現出一致性，iSolver與Abaqus模態頻率值一致，略大于Ansys計算結果；iSolver與Abaqus的響應譜分析的最大應力值一致，均為1.62MPa，略小于Ansys計算結果。
4. iSolver免費下載
iSolver為免費軟件，且無license限制，最新版免費下載地址如下：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/337351
5.
展開 【iSolver案例分享54】軌道客車車體模態分析
/content/post/1805030
第 13 篇：支架變形分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1808197
第 14 篇：有缺口工字梁四點彎曲
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813708
第 15 篇：空間站太陽翼桅桿模態分析案例
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1819421
第 16 篇：三維剛性壁面圓管聲模態計算
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1821735
第 17 篇： 波紋鋼腹板簡支梁受彎分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1824652
第 18 篇：一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830523
第 19 篇：開口鋼管樁的單軸壓縮試驗
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1836426
第 20 篇：地基中波的傳播特性
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1842480
第21篇：自主化圓柱建模及靜力分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1845836
第 22 篇：鋁制易拉罐的單向壓縮試驗
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1846655
第23篇：鏤空鋼板的承壓測驗
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1850649
第24篇：球面網殼模態分析
展開 【iSolver案例分享29】彈塑性鋼架橋梁的模態分析案例
引言：
結構有限元軟件iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以橋梁結構的模態分析為例，將iSolver和Abaqus計算結果進行對比，計算實例采用《Abaqus Tutorial：Natural Frequency Extraction of a Bridge》中的經典案例“橋梁結構的模態分析”，比對兩種有限元軟件的計算結果。之前采用線彈性實體單元提取了拱橋的模態。這次采用非線性的彈塑性材料，分別用殼單元模擬橋面，用梁單元模擬支柱，提取橋梁模態。
2. 建模：
下面以一個橋梁為例，對其進行模態分析，分析其固有頻率和振型模態，對拱橋的設計具有重要意義。在計算過程中，采用國際單位制：長度（米，m）、質量（千克，kg）、力（牛頓，N）、應力（帕，Pa）、時間（秒，s），橋模型如圖所示。
圖1 橋梁有限元模型
操作：
模型為密度=8000kg/m、彈性模量E=210×10^9Pa，泊松比v=0.3的彈塑性各向同性材料。橋面采用殼單元模擬，支柱采用梁單元模擬，需定義梁截面方向。設定好材料參數后，建立分析步，求解前10階固有頻率和振型。
圖2 材料參數
圖3 分析步
創建邊界條件，約束橋梁底部的6個自由度。
圖4 設置邊界條件
劃分網格，網格數量為272。
圖5 劃分網格
分別采用Abaqus和iSolver求解器進行計算。
3. 結果對比
1) 頻率
對比兩者的計算結果。以下是前10階固有頻率的對比。
展開 【iSolver案例分享46】真空罐模態分析
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第 13 篇： 支架變形分析
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第 14 篇： 有缺口工字梁四點彎曲
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813708
第 15 篇： 空間站太陽翼桅桿模態分析案例
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第 16 篇： 三維剛性壁面圓管聲模態計算
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第 17 篇： 波紋鋼腹板簡支梁受彎分析
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第 18 篇： 一端開放圓管空氣 聲腔聲 模態分析
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第 19 篇： 開口鋼管樁的單軸壓縮試驗
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第 20 篇： 地基中波的傳播特性
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第21篇：自主化圓柱建模及靜力分析
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第 22 篇： 鋁制易拉罐的單向壓縮試驗
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第23篇：鏤空鋼板的承壓測驗
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第24篇：球面網殼模態分析
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展開 模態分析定義以及模態假設理論 附模態分析理論與應用傅志方下載
下載地址：模態分析理論與應用傅志方
水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較??；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，之前寫過采用act插件實現，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)</a>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經帶有聲學<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 Opstruct基于模態分析的掃頻分析、隨機振動分析、動剛度分析（模態法、直接法） ￥100
利用Hypermesh中Opstruct模塊求解模態分析，并在模態分析的基礎之上，依次建立掃頻分析和隨機振動分析。動剛度分析（模態法、直接法）。
模態分析影響因素及模態分析應用
1.模態分析在工程應用中的主要作用如下：
各類在振動環境工作的產品，都需要進行模態計算；
模態計算可以得到產品的固有頻率，模態振型，參與系數和有效質量等數據；
基于模態的計算結果，可以優化和修改產品的動力學特性；
通過模態分析可以使結構避免共振或讓結構在指定的頻率下振動
通過模態分析可以掌握產品的固有頻率分布規律，從而可以為產品的噪聲控制提供數據支撐。
2.模態理論方程說明
模態計算為自由振動，因此模態計算的有限元控制方程為：
（1）
式中：[M]-總體質量矩陣，[C]-總體阻尼矩陣，[K]-總體剛度矩陣，但是在實際工程應用中，大部分的結構阻尼較小，因此可以忽略上式中的阻尼矩陣（阻尼比超過0.2的結構，必須考慮），則上式可以變為：
（2）
由于模態計算中，認為結構是線性的，即具有恒定的總體質量矩陣和總體剛度矩陣，因此可以假設（2）式的通解形式為
（3）
將（3）式代入（2），則可以將時間變量消去，得到
（4）
上述方程的成立的兩種情況：
（1），則表明結構沒有振動，這個情況不考慮舍去
（2）
所以，對于無阻尼模態計算，最后將一個時域控制方程轉換為一個矩陣的特征值求解問題。
3.模態分析影響因素
由（4）式可知，影響模態的主要因素，就是結構的剛度矩陣和結構的質量矩陣。在有限元計算中，一旦確定計算對象的材料參數，則質量矩陣式確定的，但是結構的剛度矩陣會與約束，載荷，結構等有關系。
展開 結構模態分析專篇之理論模態分析（一）
1 理論模態分析過程是由物理參數獲得模態參數的過程。其數學實質是，由物理參數建立結構的振動微分方程，求解該微分方程，得到模態參數。
2 在振動理論中，傅立葉變換是求解振動微分方程的常用方法，大致分為三個步驟：對微分方程進行傅立葉變換；求解；對求解結果再進行傅立葉逆變換得出最終結果。
3 對振動微分方程進行傅立葉變換的過程是由物理參數獲得函數參數的過程，所以使用傅立葉變換是求解振動微分方程的三個步驟又可以描述為：由物理參數獲得函數參數；對函數參數進行運算；由函數參數獲得模態參數。
4 雖然理論模態分析的最終目的是獲得模態參數，但有時候經過傅立葉變換獲得函數參數后，已經能發現問題所在和滿足我們的需求。
5 在振動理論中，結構大致有三種模型：單自由度系統；多自由度系統；連續系統。一般來說，單自由度和多自由度系統更為常用。
6 單自由度系統的振動理論容易理解和把握，一般可以作為學習者把握振動規律的依據。但是，實踐中的大部分問題一般都屬于多自由度系統。其實，只要掌握一定的技巧，多自由度系統的振動理論也很容易理解和把握的。所以筆者建議單自由度和多自由度的振動理論都應該熟練掌握才好。
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