ansys沖擊噪聲的案例
某車型傳動系沖擊噪聲問題分析
摘 要：隨著汽車電動化的普及，市場對整車噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）性能要求越來越高。另外因為電機扭矩響應相比發動及更加迅速，傳動系統的沖擊噪聲會更加明顯，極大地影響了整車的舒適性。文章針對某車型傳動系統的沖擊噪聲，進行了系統的分析研究。基于臺架的NVH測試手段對油溫、齒輪油黏度及扭矩爬升斜率、扭矩峰值、齒側間隙等五個因素進行了細致對比測試驗證，通過對測試信號的時域分析，確定了關鍵影響因素及零部件，為沖擊噪聲的解決方案提供了相關解決思路。
關鍵詞：傳動系沖擊噪聲;臺架NVH測試;時頻分析;
隨著人民生活水平的不斷提高，人們對整車舒適性的要求也越來越高。傳動系統（包含減速器、驅動橋、傳動軸）作為汽車中的重要組成部分，主要起到降速增扭的作用，其常見的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise,Vibration,Harshness,NVH）問題包含齒輪嘯叫聲及沖擊噪聲，對整車NVH性能影響至關重要[1,2]。對于傳動系NVH問題的分析研究不僅需要考慮其在正常行駛中的表現，更要考慮在特殊工況下引起的NVH問題。近幾年，趙忠偉等[3]通過多體動力學模型的建立，分析了變速箱產生敲擊的原因，并提出相關解決方案；嚴生輝[4]通過控制變量法，得出了扭矩斜率、非負扭矩對沖擊噪聲的影響。
傳動系統沖擊噪聲會在整車各工況下均會產生，影響因素較多。總體來說，按照產生沖擊噪聲的工況可以初步分為起步踩油門瞬間和制動瞬間工況、勻速行駛工況、松油門滑行工況、加速及制動工況等四種。
對于后三種工況下出現的持續或者間歇性沖擊噪聲，主要影響因素包含電控策略、零部件損壞、傳動軸角度等。本文主要針對第一種工況下產生的沖擊噪聲進行分析與研究，對其他工況下產生的沖擊噪聲進行簡要的總結性概括說明。
沖擊噪聲的振動源主要來于驅動橋、變速箱等傳力機構。
展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見術語。引起這些振動的力可以來自許多來源。對于電機來說，這些力可能是驅動轉子軸的磁力，也可能是更大的驅動系統的一部分，比如軸承和/或齒輪。
圖1 汽車NVH示意圖
噪聲是電機的一個熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會帶來工程挑戰，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機噪聲提供工程指導。
1. 問題分析
本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進行該電機三維定子的諧響應分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical 中進行頻域的諧響應分析；諧響應分析的結果，作為激勵耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵。
幾何模型
圖2 模型示意圖
材料參數
，仿真過程中使用的材料為默認的結構鋼
2. 電磁力計算
圖3 1/8電機模型
分析模型為 Prius 電機的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。
打開【Workbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度
正確調諧NVH模型后，我們可以在Motor-CAD軟件中運行NVH分析，以便更好地了解整個工作范圍內的噪聲特征。最終，這將有助于避免產品重新設計和發布延遲，并且從長遠來看可以有效節省時間和資金。
基于ANSYS Workbench的變壓器振動噪聲仿真分析
變壓器性能包括散熱、噪聲、振動、抗短路能力等眾多因素，變壓器作為電站主要設備之一，并且是變電站主要噪聲源設備是研究的重點，因此變壓器的噪聲問題一直是設計人員關注的重點。
本文根據GB/T1094.10變壓器聲級測定標準，結合變壓器額定負載運行工況，基于ANSYS Workbench平臺實現了變壓器噪聲分析，從而在噪聲產生機理上進行深入研究，不僅可以在變壓器設計階段預估噪聲值，還可以為有效降低變壓器噪聲提供科學依據。
2 噪聲分析理論基礎
2.1 電磁分析基礎
電磁場理論由麥克斯韋方程組（如下圖所示）來描述。
求解方法上，數值法優于解析法，近年來電磁場數值解法在工程及科學研究上的應用也越來越廣泛和高效。
電磁場的數值分析和計算通常歸結為求微分方程的解，對于偏微分方程，輔助邊界條件和初始條件即可獲得方程的定解。
ANSYS Maxwell 采用有限元法，將求解區域離散化為”單元“，采用Maxwell方程進行求解。
2.2 結構分析基礎
通過電磁場分析得到鐵芯和繞組所受的電磁力分布，對其進行傅里葉變換，可以得到電磁力各諧波分量的幅值和相位角大小，將其作為簡諧激勵源，進行結構的諧響應分析。
諧響應分析的運動控制方程為：
其中假設F和u做簡諧變化，則：
2.3 噪聲分析基礎
采用聲學有限元法求解聲學Helmholtz方程來計算聲場。
展開 ANSYS Fluent 19.0汽車表面寬頻噪聲模擬 ￥8.88
本教程使用ANSYS Fluent 19.0軟件，對一汽車模型外流場流動動所引起的寬頻噪聲進行聲學仿真，文檔內包含詳細的網格導入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數、后處理的設置。通過broadband noise方法求解獲得寬頻噪聲。詳細介紹了網格導入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數、后處理的設置。采用寬頻噪聲模型模擬外流場引起的寬頻噪聲，后期通過不同的模型修正獲得不同類型的噪聲衡量。
基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
圖61 A記權聲壓級
4.結論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。
以上文章來源于ANSYS，作者ANSYS中國
干貨 | ANSYS Fluent氣動噪聲仿真模型解析
氣動噪聲是由于氣流流過固體表面引起的氣流壓力擾動產生，它起因于氣體內部的脈動質量源（單極子噪聲源）、作用力的空間梯度（偶極子噪聲源）和應力張量的變化（四極子噪聲源）。氣動噪聲問題在各種高速機械中均有產生，比如高鐵、飛機、汽車以及旋轉機械等領域（見圖1）。
圖1 氣動噪聲的應用領域
ANSYS Fluent提供了三種解決氣動噪聲的方法，分別是直接計算法（CAA）、聲比擬法（FW-H方程）、寬頻法（Boardband Model）（見圖2）。由于聲波方程可認為是三維可壓縮N-S湍流方程的變形形式，所以求解N-S方程可以描述聲波產生和傳播現象。
但流動和聲學變量尺度跨度很大，所以CAA方法對于精度要求和硬件要求都很高，在實際工程問題中不可行。而更多采用的是將波動方程和流動方程解耦的聲比擬法和寬頻方法。具體理論方程可參考ANSY。
圖2 ANSYS Fluent中氣動聲學模型
以軸流風機為例，對其氣動噪聲進行仿真。首先進行穩態流場計算，可采用多參考系（MRF），為后面的瞬態計算提供初始流場；其次，可采用滑移網格進行瞬態計算，控制時間步長，且至少得到多個周期的變化方可結束；然后，開啟聲比擬模型，設置sources及receivers，進行聲場仿真，并輸出相關參數變化曲線；最后，通過傅里葉變換（FFT）得到聲壓級頻譜曲線（見圖3）。
展開 Ansys 2023直播合集！Fluent、LS-DYNA、電池熱、噪聲、電子設計...
本次系列直播將帶大家了解Ansys在Fluent、LS-DYNA、電池熱、噪聲、電子設計、光學...等方面的創新技術及應用案例，由多位原廠專家講解，相關行業的工程設計師們都可以來觀看學習哦~
點擊直播名稱，即可查看更多詳情介紹
時間
直播名稱
直播狀態
6月2日
Ansys Twin Builder 2023 R1新功能介紹
已結束
6月7日
基于分布式計算的新一代高性能門級功耗分析工具PowerArtist-SC介紹
未開始
6月8日
Ansys Discovery 2023 R1新功能介紹
未開始
6月13日
Ansys Fluent GPU求解器2023 R1 新功能與案例
未開始
6月15日
Ansys Fluent電池熱失控仿真實例與驗證
未開始
6月20日
RedHawk-SC SigmaDvD：突破性高局部噪聲覆蓋率的全新算法
未開始
6月27日
Ansys Camera鏈路一站式設計與仿真
未開始
6月29日
Ansys Speos 在鏡頭雜散光分析中的解決方案
未開始
7月4日
Ansys Speos Texture Mapping功能介紹及使用技巧
未開始
7月6日
Ansys Speos在HUD仿真中的解決方案
未開始
7月18日
LS-DYNA電池結構高級技術分析
未開始
7月20日
Ansys 多物理場解決方案在電源管理芯片的應用
未開始
7月25日
Ansys Zemax 生物醫療應用解決方案
未開始
7月27日
采用 Ansys 設計優化光子集成器件與電路
未開始
11月7日
Ansys Zemax 和 Speos 在HUD
展開 Ansys CFD氣動噪聲解決方案【8月7日直播】
Ansys CFD 提供了多種氣動噪聲解決方案，主要基于 Fluent 軟件，通過不同的聲學模型和計算方法來實現，常見的有直接計算法、聲比擬法和寬頻法。
8月7日，Ansys官方策劃的研討會『Ansys CFD氣動噪聲解決方案』主要介紹Fluent在氣動噪聲方面的應用、案例，包括基于瞬態的CFD氣動噪聲分析，基于穩態的CFD氣動噪聲分析，聲品質分析及氣動-振動噪聲耦合分析等，干貨滿滿，下滑預約學習??
時間：8月7日（星期四），16：00-17：00
內容簡介：主要介紹Fluent在氣動噪聲方面應用及案例，包括基于瞬態CFD的氣動噪聲分析方法，基于穩態的CFD氣動噪聲分析方法，聲品質分析及氣動-振動噪聲耦合分析方法，以及Ansys加速氣動噪聲的解決方案。
講師：
胡日新 | Ansys高級應用工程師
主要負責Fluent在氣動噪聲方向的技術支持，擁有多年氣動噪聲仿真項目經驗和技術積累。擅長外氣動噪聲、旋轉機械等多類型氣動噪聲的數值模擬與分析及氣動-振動噪聲耦合分析與優化。
形式：線上
費用：免費
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技術鄰簡介：
技術鄰專注于工科技術社區，從最早的CAE技術社區（中國CAE聯盟）發展而來，在CAE領域有20年的教學和咨詢服務經驗。
仿真服務、Ansys 2025R1系列往期錄播免費領取，更多資料，掃碼添加技術鄰客服詳細咨詢~
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●Ansys Fluent零基礎速成攻略——15天逆襲CFD中級工程師（新增12章節內容！加課不加價！）
展開 ANSYS Workbench 沖擊譜分析
圖 8 沖擊譜設置
得到 Y 向沖擊情況下整個結構的應力情況，如圖 9，最高應力發生在內部結構的陰極支撐結構上，最大應力 1051MPa ，應力比較大（X 方向最小，Z 方向更大）。
圖 9 Y 向沖擊下結構應力
應力最大關鍵件的應力云圖如圖 11。
圖 11 Y 沖擊下關鍵件的應力
補充說明：
沖擊分析一直是分析中比較難的，而且沖擊計算出的結果比較大，要分析仿真計算結果值是因為應力奇異，還是實際結果就是大。
文章來源： ANSYS及ANSYS Workbench工程實戰
展開 
基于Ansys的汽車氣動噪聲數值仿真分析實例
隨著車輛性能的提高及高等級公路的建設，車輛的速度越來越快，車輛外流場的氣動噪聲以車速的6次方的數量增長。因而，當車輛的其它噪聲得到有效的控制后，車輛的氣動噪聲就變得尤為重要了。70年代研究人員發現，車速為 70km/h的情況下，氣動噪聲的范圍為62~78dB；而在速度為110km/h的情況下，氣動噪聲的范圍達到80~90dB。新的研究表明，車速超過100km/h，氣動噪聲對車外噪聲的影響己超過了其它噪聲。
數值模擬方法可在新車設計初期的造型階段進行氣動噪聲的預測，為選型及造型參數修改提供依據，從而可以較早地得到較理想的產品，避免產品缺陷。
湍流模型的選擇
氣動噪聲模擬可以選擇幾種不同的數值方法，大渦模擬可以得到精確的模擬效果，但要求生成的網格質量好，計算比較耗時。在產品設計的初始階段，往往需要噪聲的大致分布情況，基于模型的噪聲源方法可以解決這一問題。
模型的湍流動能輸運方程：
湍流動能耗散率輸運方程：
式中：
Gk為平均速度梯度產生的湍流動能
Gb為浮力產生的湍流動能
β為熱膨脹系數
μt 為湍流粘度
σk，σt為k，ε的湍流普朗特常數。
根據經驗，模擬中使用的常數分別取值為：Cμ=0.09，σk=1.0，σε=1.3，C1ε=1.44，C2ε=1.92，C3ε=1。
基于公司現在對氣動噪聲的要求，選擇模型是比較適宜的。
模型網格的劃分和計算域的建立
模型是在CATIA軟件上建立的，然后導入ICEMCFD軟件中進行網格劃分。為了提高計算的效率，對模型的底部進行了簡化處理。
根據經驗，流場仿真計算所取的計算域到達一定的大小時，汽車的流場就不再受計算域大小的限制。
展開 使用ANSYS CFX為渦輪噴氣發動機設計產生更少噪聲的風扇
Usanin, Aviadvigatel Perm
翻譯：上海安世亞太
前言
由于針對有害排放物和噪聲水平具有嚴格的國際標準，設計和開發燃氣渦輪發動機的公司正面臨著艱巨的任務——制造具有高生態效率的發動機。為了滿足這些要求，需要對發動機內部發生的過程進行數值模擬，以深入了解發生的情況，并確定導致這種行為的因素。對于高旁路比的航空發動機，風扇級產生的聲噪聲是發動機總噪聲水平的主要貢獻者。
針對這些噪聲要求，我們使用ANSYS CFX計算流體力學(CFD)軟件來估算不同風扇級幾何的氣動和聲學效率。
圖1. 風扇級幾何模型
幾何模型
為了開發FEGV（風扇出口導葉）的幾何，將FEGV中表面非定常壓差的區域平均振幅作為轉子-定子聲源的主要來源。振幅由風扇級的三維非定常CFD計算獲得。參考文獻表明，使用該方法的計算結果與實驗數據具有良好一致性。
圖2. FEGV形狀
這種風扇是為一種先進的新型渦輪噴氣發動機設計的。將進口導葉（IGV）和風扇出口導葉（FEGV）按20%比例縮放，以縮小分析域的規模。結果域包含1個風扇葉片通道、2個FEGV通道和4個IGV通道。網格模型由大約150萬個節點組成。研究了四種不同幾何形狀的出口導葉。
選擇徑向設計（無傾角）作為初始幾何。具有20度和30度傾斜角的葉片分別被選作第二種和第三種幾何。具有沿著葉片高度的曲線軸的葉片選作第四種幾何類型。
結果分析
所有的CFD計算都是在ANSYS CFX(CFX-5.6)中進行的，因為該軟件解決方案對非定常流動有良好的效果。對風扇級進行了非定常CFD計算，計算結果表明：
葉片中表面的壓力與吸入面之間存在非定常壓差。然后對中表面的壓差進行傅里葉變換。
展開 誠邀您參加ANSYS/Apache 集成電路電源噪聲與可靠性技術研討會
另外，來自封裝、PCB、系統對芯片性能的影響也越來越嚴重，導致電源噪聲和可靠性簽核變得越來越困難。尤其在進入高性能計算、汽車電子等向來對可靠性和產品使用壽命有著更嚴苛要求的市場時，集成電路企業是否具備全面而且完整的電源噪聲和可靠性分析方法尤其重要。
為此，ANSYS中國和《中國集成電路》雜志社共同為廣大集成電路設計工程師們安排了ANSYS/Apache集成電路電源噪聲與可靠性技術研討會，此次技術研討會將針對大家當前所面臨的問題和疑慮提供一個清晰的視角和解決方案，我們誠摯邀請大家參與此次研討會。
會議基本信息
會議日期：
2017年5月12日
會議地點：
上海長榮桂冠酒店
酒店地址：
上海市浦東新區祖沖之路1136號，近金科路
會議免費，報名后通過審核即可獲得免費門票。
展開 電機設計 | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度（內含演示視頻）
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短、維護成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設計早期階段解決NVH挑戰至關重要，以避免設計階段后期出現重大NVH問題。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。
Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。將電磁和機械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實現快速NVH分析，從而促進電機設計的迭代優化。這種方法使用戶能夠調整關鍵設計參數（例如繞組配置、轉子和定子幾何結構以及結構材料），并快速評估其對NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實現最佳平衡。
為了進行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機械模型，將定子幾何結構簡化為簡單的環形結構。然而，其在剛度計算方面有局限性。例如，當齒底較寬時，就會發生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結構會影響定子軛剛度。
圖2比較了未調諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機在Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件中的結果。
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