ansys 振動噪聲的案例
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
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，在設計階段早期解決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1：具有寬齒底的定子
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。Motor-CAD解析模型可準確預測由三階力諧波激勵的第0階模態（膨脹模態）。然而，由于寬齒底對定子軛剛度的影響，它無法有效預測由二階力諧波分量激勵的第6階模態（六邊形模態）。
展開 電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
先從電機的噪聲說起，電機噪聲根據其產生機理的不同，大致可分為三類：電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲
1
電磁噪聲
電磁噪聲來源于電磁振動，電磁振動由電機氣隙磁場作用于電機鐵心產生的電磁力所激發，而電機氣隙磁場又決定于定轉子繞組磁動勢和氣隙磁導。氣隙磁場產生的電磁力是一個旋轉力波，有徑向和切向兩個分量。徑向分量使定子和轉子發生徑向變形和周期性振動，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉矩相對應的作用力矩，它使齒對其根部彎曲，并產生局部振動變形，是電磁噪聲的一個次要來源。還有很多設計和故障原因，也會造成電磁噪聲的增加，例如：鐵心飽和的影響；電網中的諧波分量；異步電動機斷條；裝配氣隙不均勻等等。電磁噪聲的大小與電機氣隙內的諧波磁場及由此產生的力波的幅值、頻率和磁極數有關，也同定子的固有頻率、阻尼系數等密切相關。
2
機械噪聲
電機運轉部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結構共振形成機械噪聲，主要是軸承和換向引起的。電機軸承在繁重的工作狀態下運轉時，滾珠和外圈滾道相接處會發生彈性變形。滾道變形隨接觸處的變化呈周期性變化，產生振動和噪聲。軸承裝機后，內外圈的配合及軸承游隙對電機噪聲也有一定的影響。
展開 
基于ANSYS Workbench的變壓器振動噪聲仿真分析
質點振動速度云圖
3.3 噪聲分析
噪聲分析利用ANSYS專業噪聲仿真模塊Acoustics。噪聲分析需要輸入聲音在介質中的傳播速度及介質密度等參數，此處介質為空氣，在Engineer Data中輸入相應數據即可。噪聲分析由于主要分析聲音在介質中傳播現象，因此需要設置空氣域。由于變壓器與空氣接觸部分幾何復雜，因此對空氣域采用四面體網格劃分方式。基于ANSYS Workbench耦合平臺，將上一步諧響應分析計算得到的質點振動速度導入噪聲分析中，作為激勵源。通過計算可以得到不同頻率下的聲壓情況，由于輸入正弦激勵，頻率為50Hz，而一次交流過程中會有兩次信號達到峰值，因此振動分析的基礎頻率為100Hz。因此可以查看100,200,300等倍頻噪聲情況，此分析中僅截止到1000Hz。計算完成后，根據GB/T1094.10變壓器聲級測定標準，后處理中提取相關輪廓線處A計權聲壓，并計算平均值，得到最終結果。
① 模型處理：進行聲場分析，首先需要建立空氣域，在Design Modeler中利用Enslosure功能可以插入空氣域，同時指定空氣域大小即可。
Figure.插入空氣域
Figure. 空氣域的建立
② 網格劃分：由于空氣域形狀復雜，此處以四面體方式進行網格劃分，此類特征的幾何模型適合采用Patch Independent算法進行網格劃分。此處Max Element Size指定為250mm。
Figure.網格劃分設置
Figure. 空氣域網格劃分
③ 邊界條件：右鍵單擊Import Load選擇Insert，插入Velocity，插入諧響應分析中計算得到的質點振動速度作為聲場分析激勵。
Figure.Import Load設置
Figure.
展開 電機振動噪聲建模分析：基于導入DXF轉子模型導入MANATEE的振動噪聲仿真分析
通過導入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準確的進行電機電磁振動噪聲的仿真分析，為用戶提供了切實可行的解決方案。
文章來源：天源科技
LMS-Signature模塊/NVH（振動噪聲測試模塊） 附LMS 振動噪聲測試與分析系統下載
下載地址：LMS 振動噪聲測試與分析系統
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。
展開 【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓—電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
培訓背景
電機，特別是現代高效能電機和新型永磁電機，作為工業領域最為重要的電能轉換設備，其直接/間接用電量占到了工業領域總用電量的近75%，如何在電機方案設計前期有效提升產品的效率？如何在保證效率的同時綜合提升電機的散熱性能指標？如何優化電機振動和噪音？如何盡可能的壓縮產品開發周期、降低產品的開發成本？上述問題嚴重制約著電機研發、設計企業和研究院所的長期穩定發展，以及產品的核心競爭力提升。
為了推進中國電機設計企業和院所的產品設計能力提升、解決電機設計工程師在實際設計中面臨的工程問題；同時，也為了讓廣大電機設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機多物理場耦合分析高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于12月4日在上海開辦 “電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）”專題班，幫助您全面了解ANSYS軟件最新功能與使用技巧，解答您在軟件使用中的疑惑與問題，并將上述軟件的各項功能靈活高效地應用于仿真中，解決目前一些研究熱點中的仿真難題，提升高效電機產品研制和設計效率。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 機器設備噪聲測試的新方法--振動法測噪聲
一.引言
對機器設備噪聲測量最通常的方法是用聲級計進行聲壓級測量，然而在不少場合，這種人們十分熟悉的方法卻顯得無能為力。例如：在正在運行的多臺機器的機房里，需要測定各臺機器的噪聲時；或者要在生產成品的流水線上逐臺檢測每臺產品的噪聲時，都會由于其他聲源的影響以及反射聲的傳入使得聲級計無法顯示被測產品直接輻射的噪聲。隨著科技的發展，人們自然想到了聲強法。但是目前聲強法的測試儀器較貴，而且測試又較復雜，仍處于研究階段。于是，人們對聲波的測試開展了振動法的研究。希望通過測量機器表面振動量的方法來確定機器所輻射的噪聲量，通常稱為空氣噪聲的振動測試法。多年理論分析和應用研究的結果表明，這是一種十分簡便而有效的方法。在十分惡劣的環境條件下，幾乎可以不受環境噪聲和反射聲的影響，用一種特殊計權的測振儀就可通過測定機器表面的振動量，來確定其噪聲輻射值。目前這種方法已成功地用于生產實際。
采用測振法在生產現場測試產品的噪聲是在其他方法都無法簡便、迅速、經濟和準確的解決產品現場噪聲檢測的情況下而提出的。西德、美國等國家開展此項技術研究已有多年了，德國BBC公司花費了十幾馬克研究振動法，并成功地將此項技術用于接觸器的現場噪聲檢測上。美國經過多年的研究，已在海軍MIL標準中規定用振動法測定微電機的噪聲。國際ISO標準化組織已公布了測振法標準技術文件。
我國是在七十年代末期開始探討測振法的。
展開 直播課程 | 機器學習在振動噪聲與氣動噪聲領域的應用
01/直播主題&時間
機器學習在振動噪聲與氣動噪聲領域的應用
12月23日（星期三）14:00~15:00
02/您所期待的內容
基于機器學習的智能實時仿真
振動聲學與氣動聲學典型問題分析
整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩定基準，是優化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發測試基準變形，車間環境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優化測試環境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現，為NVH測試優化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優異阻尼特性抑振動干擾。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據，并為永磁同步電機的E-NVH提供優化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優化設計，競品分析，拆解分析等。開發至今，已被全球主要的整車生產企業、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數設置在此不再贅述。
展開 噪聲振動及測量方法
我們都知道噪音是由振動產生，那么，什么是噪聲振動？又該怎么測量呢？
物體圍繞平衡位置作往復運動叫振動，振動是噪聲產生的原因。機械設備產生的噪聲有兩種傳播方式：一種是以空氣為介質向外傳播，稱為空氣聲；另一種是聲源直接激發固體構件振動，這種振動以彈性波的形式在基礎、地板、墻壁中傳播，并在傳播過程中向外輻射噪聲，稱為固體聲。
振動能傳播固體聲而造成噪聲危害；同時振動本身能使機械設備、建筑結構受到破壞，人的機體受到損傷。振動測量在工業上也有許多應用，如檢測地下管道泄漏，檢查旋轉機械的平衡性能等。
振動測量和噪聲測量是相關的，部分儀器可通用。只要將噪聲測量系統中聲音傳感器換成振動傳感器，將聲音計權網絡換成振動計權網絡，就成為振動測量系統。但振動頻率往往低于噪聲的頻率。人感覺振動以振動加速度表示，一般人的可感振動加速度為0.03m/s2，而感覺不適的振動加速度為0.5m/s2，不能容忍的振動加速度為5 m/s2。人的可感振動頻率最高為1000 Hz，但僅對 100 Hz以下振動才較敏感，而最敏感的振動頻率與人體共振頻率相等或相近。人體共振頻率在直立時為4～10 Hz，俯臥時為3～5 Hz。
城市區域環境振動標準
《城市區域環境振動標準》(GB 10070-88)規定了城市各類區域鉛垂向Z振級標準值(見表1)。
表1城市各類區域鉛垂向Z振級標準值 單位：dB
注：1．標準值適用于連續發生的穩態振動、沖擊振動和無規則振動。
2．每日發生幾次的沖擊振動，其最大值晝間不允許超過標準值10 dB，夜間不超過3 dB。
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