ansys振動噪聲分析的案例
電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
結論與展望
通過ANSYS Workbench可以方便的分析電機振動噪聲，此外在此基礎上還可以進行多轉速分析以及對電機參數進行優化分析。
文章來源：易仿真
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
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 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
數據分析的頻率分辨率一定要選擇正確，要不然下邊的切片等都會受到影響；
3. 切片的類型及帶寬要按需求進行設置；
4. Processing Option中有三個模式，區別為：Online Processing測試完后，需要若干秒進行計算，計算完才可以進行下一組的測量；Inline Processing邊測試系統邊后臺計算，測試完后可以直接進行下一組的測試；Delay Processing為測試完之后，暫時不進行計算，可以立即進行下一組測量，后續你可以選中某些數據進行計算。可以根據硬件情況及數據情況進行酌情選擇。
十一、Measure模塊
測試界面
F3/F4/F5/F6/F8等相當于快捷方式，可以對之前的設置進行檢查。
測試時支持快捷鍵采集，根據Keyboard Information進行設置即可。
測試前注意事項：
1. 一定要勾選Save Througput，這個是原始數據，最重要的，有這個其他后處理都可以進行；
2. 通道是否全部進行了勾選；
3. 采樣率是否設置正確，這一點很重要，采樣率可以設高（后處理計算的頻率低些就行），但一定不要設置低了，設置低了后處理是不可能把高頻率的部分計算出來的，這個直接影響了原始數據是否正確；最好就按需求進行正常設置即可。
4. 要看清楚設置的是分析頻率還是采樣率，采樣率一般是分析頻率的2.56倍。
下載地址：LMS 振動噪聲測試與分析系統
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。
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 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 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 配電變壓器的噪聲與振動分析
變壓器噪聲是造成有害環境噪聲的一個重要因素，特別是在電力傳輸設施附近。因此，了解配電變壓器的噪聲產生機理是非常重要的。本文提出了一種基于有限元的多物理模型，為模擬變壓器噪聲發射機理提供了一個方便、有效的工具鏈。最后，以200kVA配電變壓器仿真為例，給出了模型鏈的運行過程。
I. 簡介
配電變壓器是電能輸送和分配的關鍵部件之一,這些電氣調設備的振動和噪聲越來越引起設計者和制造商的興趣。因此，制造商能夠在生產開始前準確地識別變壓器的聲學特性是至關重要的。然而，各種物理現象在變壓器中是密切相關的，如圖1所示，因此只有多物理或耦合的數值模擬才能充分了解這些影響。此外，安全法規要求噪聲水平保持在一定范圍內。
變壓器噪聲和振動的研究始于20世紀30年代，主要由變壓器制造商進行。這些工作主要集中在變壓器噪聲的測量上。近年來，由于計算機能力和軟件的發展，這些不良影響的數值模擬越來越受到人們的重視。然而，這些工作大多是分離噪聲和振動的強耦合源或效應。噪聲主要來源于電工鋼帶的磁致伸縮效應以及鐵心的形狀。繞組中產生的電磁力也是重要的電磁噪聲源。夾緊應力和油箱固有頻率對振動也有一定影響。這些影響導致了油箱的變形，從而引起了令人不安的聲音。當使用耦合或多物理模擬時，忽略了重要的影響或只分析了特殊的負載情況。大多數情況下，變壓器鐵芯的磁導率是各向同性的或分析變壓器的短路狀態。但是，目前還沒有對系統正常運行時噪聲產生過程的耦合仿真工作流程進行研究
圖1 變壓器噪聲的產生
本文利用有限元方法對配電變壓器進行了耦合仿真。本文的目的是建立一種能準確預測配電變壓器正常運行狀態下振動和聲學特性的數值方法。建模過程基于三種分析方法的鏈接，電磁、力學和聲學模擬，如圖1所示。
展開 
噪聲振動頻譜分析與實例
發動機是多聲源的復雜動力機械，按照噪聲輻射的方式來分，可把發動機的主要噪聲源分為直接向大氣輻射和通過發動機表面向外輻射兩大類。&pasv
直接向大氣輻射的噪聲源有進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。它們是由氣流的振動而產生的空氣動力噪聲。柴油機進氣系統中的增壓器及掃氣泵的噪聲，也包括在進氣噪聲中。d<U5
發動機表面向外輻射的噪聲，是發動機工作時，內部結構的振動而產生的噪聲，通過發動機的外表面以及與發動機外表面剛性連接的零部件的振動向大氣輻射的，因此叫做發動機的表面噪聲。發動機的表面噪聲，根據產生的機理，可分為燃燒噪聲和機械噪聲。&`
燃燒噪聲，是發動機工作時，氣缸內周期性變化的氣體壓力的作用而產生的。它主要由發動機的燃燒方式和燃燒速度來決定。+U+/8
機械噪聲，是發動機工作時，各運動件之間以及運動件與固定件之間由周期性變化的機械作用力的作用而產生的。它與激發力的大小、運動件的結構等因素有關。zdPt&
應該指出的是，燃燒噪聲和機械噪聲是很難嚴格區分的。部分機械噪聲也是發動機氣缸內燃燒間接激發的噪聲，例如氣缸內燃燒所形成的壓力振動通過缸蓋、活塞 ——連稈——曲軸——機體向外輻射的噪聲也是由燃燒激發。將活塞對缸套的敲擊、正時齒輪、配氣機構、油泵系統等運動件之間機械撞擊所產生的振動激發的噪聲叫做機械噪聲。<UO
發動機的型式不同，其各噪聲源所占發動機總噪聲的比例也不同。柴油機的主要噪聲源是燃燒噪聲：汽油機的主要噪聲源是進、排氣噪聲和配氣機構噪聲；風扇噪聲在風冷汽油機中是主要噪聲源之一。<
展開 非晶合金永磁電機的電磁振動噪聲計算與分析
然而其磁致伸縮系數遠大于硅鋼片，使得其不能被過分壓緊，且厚度極薄、脆性大，嚴重影響電機的電磁振動噪聲。因此，非晶合金電機的研究需關注其振動噪聲。
1978年，美國通用電氣公司首次申請了非晶定子鐵芯的專利。國內外研究表明:電磁力波作用于定子部分是引起電機振動的主要原因，磁致伸縮引起的電機振動較小；轉子部分的剛度通常較大，引起的振動噪聲相對較小，電機振動的研究中通常只關注氣隙中產生的電磁力波對定子部分和底座的影響。吳勝男等通過有限元計算和實驗測試相結合的方法，分析了電磁力、磁致伸縮及鐵芯疊片壓緊力對非晶電機振動性能的影響，研究表明彈性模量較低是非晶電機振動性能不如傳統硅鋼電機的主要原因；鐘星鳴等研究了非晶變壓器的振動性能，結果表明采用非晶鐵芯使得變壓器振動加劇，可以通過固定或支撐的方法穩固非晶變壓器以降低噪聲；
2010年，日立公司研發出了一款卷繞非晶定子鐵芯電機，其鐵芯由多個非晶模塊組合而成，該結構改善了振動噪聲卻增大了渦流損耗，降低了電機效率；楊浩東等通過有限元方法計算了永磁電機的電磁力波，分析了電機結構參數對電磁振動的影響，提出了采用增大極弧角度、增大隔磁橋寬度、采用磁極偏心等來降低電磁力波的方法；法國VEREZZG等通過有限元方法，計算了氣隙磁密及電磁力，研究表明磁路軸向對稱的電機可以采用２Ｄ有限元計算并達到較高的精度。
展開 ProNas振動噪聲分析
隨著汽車、船舶、高鐵動車、軌道車輛、商用飛機、起重機械等交通運輸工具和風電機組、家用電器、航天器等振動噪聲。仿真模型的日益精細和龐大，現代噪聲、振動及舒適性（NVH）仿真計算及驗證領域面臨著計算效益（包括精度、速度及穩定性等綜合指標）的極大挑戰。
傳統的以有限元（FEA）、邊界元（BEA）、統計能量分析（SEA）等算法為基礎而發展起來的商用軟件工具，在計算效益上存在不足和瓶頸，很難滿足來自噪聲振動工程界及學術科研的越來越復雜、精細及多學科綜合解析優化的工程設計和技術發展需求。
ProNas軟件是能量有限元分析（EFEA）和統計能量分析（SEA）領域的代表性解決方案。ProNas 混合EFEA-SEA 技術和基于能量有限元法的工程開發與應用，代表著振動噪聲工程界新一代的前沿技術，破解了傳統能量有限元技術很難廣泛和深入應用于實際工程項目的困局。
基于能量有限元理論進行中高頻計算，天然具有建模靈活、計算效率高的優勢，其理論本身還具有寬泛的阻尼和耦合強度適用范圍，和隨之帶來的簡單易學的用戶操作界面，非常適用于結構聲學問題的可行性研究、靈敏度分析及優化設計等。
能量有限元-統計能量混合模塊涉及的基本變量是平均的能量或能量密度，既可以快速建模預測及優化振噪特性，也可以直接使用現有普通有限元網格進行中高頻振動的分析和模擬，從而大大節省工程設計人員的建模時間，使工程人員在設計初期能夠有效地進行工程預測和優化。
基于能量有限元的中高頻噪音計算流程，由于采用了有限元為載體進行高頻噪音計算，與傳統的統計能量法相比，具有先天性的優勢，可破解以下高頻噪音仿真面臨之困境。
展開 如何選用電機振動噪聲分析工具
一、電機振動噪聲分析工具概述
隨著工業軟件及新能源等行業的發展，電機設計也逐漸趨于便捷化，在當前市場上，電機設計與分析工具主要分為路算和場算兩種。
對于大多數工程師，主要使用Ansys、Motor-CAD、EasiMotor、Flux等商業軟件中的路算工具，而資深工程師在工作中往往會總結出自己的路算工具，將理論公式與所在行業進行結合，封裝成專用軟件。工程師日常工作往往不需要較高的計算精度，但需要較高的計算效率，因此可以借助路算工具通過簡單的輸入-輸出快速得到結果，再基于產品測試結果對路算工具不斷迭代。
場算則是通過有限元法，將電磁模型、結構模型進行細致的網格劃分，在給定激勵后，計算一個約束模型的響應結果。有限元法可以考慮結構的復雜性、材料的非線性以及不同物理量之間的相互轉化與計算。
對于電機振動與噪聲的分析工具，本文總結了以下幾點：
本文將結合不同的需求介紹如何選用這些工具。
二、設計前期—初步分析
電機初期設計階段，將電機NVH性能作為參考指標將有利于后續方案的快速成型。
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