噪聲預測的案例
發動機油底殼輻射噪聲預測方法的研究
摘要：介紹了對發動機油底殼進行噪聲預測的兩種方法。通過振動速度法，估算了油底殼輻射的聲功率級。用ＦＥＭ／ＢＥＭ方法進行預測時，考慮了油底殼中潤滑油的耦合作用，并對耦合情況與非耦合情況的計算結果進行了比較，表明耦合作用對油底殼的振動有較大影響，并與聲強法測量的油底殼左右兩側的聲強圖進行了比較，聲強分布基本一致。結論：ＦＥＭ／ＢＥＭ方法是預測發動機油底殼輻射噪聲的有效方法。
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利用有限元方法進行汽車室內噪聲預測的研究
利用有限元方法進行汽車室內噪聲預測的研究<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-14 09:44:54被starliu評為3星級，為發貼者加分60。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
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固鉑輪胎：基于輪胎噪聲數據的車內輪胎噪聲品質預測
供應商面臨巨大壓力，必須盡早對車內輪胎聲品質進行預測，這樣才能縮短開發周期，降低開發費用。噪聲評估的常用方法往往都有缺點需要改進：
車內噪聲評審試驗通常是比較有效的噪聲評價方法，但是需要提前安排車輛、時間、全部輪胎等
傳統的單胎試驗方法能夠測試輪胎聲壓級，但是不能預測車內乘員對輪胎噪聲的感受
傳遞路徑分析技術往往需要很高的人力物力成本，才能對每輛車輛的車內輪胎噪聲進行量化研究
輪胎供應商必須對輪胎進行優化設計，使之滿足多種車輛平臺的要求。基于上述原因，需要開發一種新方法，利用測試數據，得到聲品質特性，并對不同車輛平臺的車內主觀感受進行預測。
圖1：車內輪胎噪聲分解和組合的分析流程
車內輪胎噪聲合成
車內輪胎空氣聲合成方法參考下列公式：
其中NRvehicle(f)為車輛的頻域聲學衰減率(Noise Reduction, dB)。本案例中，NR函數可以視為一種數字濾波器。Tire(t)為輪胎近場聲壓級，包括四種測試狀態（道路行駛輪胎噪聲、4輪轉轂輪胎噪聲、單轉轂輪胎噪聲和輪胎測試臺架）。從不同測試狀態的噪聲貢獻中抽取出特定成分，重新合成為車內輪胎噪聲，如圖2所示。
圖2：車內噪聲合成框圖
主觀評審與客觀測試
對幾種不同設計方案的輪胎進行車內聲品質主觀評審和客觀測試，運行工況為滑行和50英里/時勻速行駛。通過主觀評審與客觀測試的回歸分析，確定了與車內主觀評審結果相關的參數，如圖3所示。
圖3：主客觀回歸分析；藍色為評審試驗結果；紅色為原始噪聲的預測結果；綠色為合成噪聲的預測結果
結 論
本文的研究方法結合主觀評審與客觀參數結果的回歸分析結果，對車輛輪胎噪聲聲品質特性進行預測，是一種魯棒性很強的方法。
展開 飛機噪聲預測模型及其應用
本文研究了單事件噪聲計算，包括飛行航跡、描述航跡的坐標系統、ＮＰＤ數據插值、計算各個修正因子等內容；還研究了累積事件噪聲計算和等值線計算，包括計權等效聲級計算、標準網格計算、網格細化、等值線描摹等內容。根據以上算法，使用ＳＱＬ２０００和Ｄｅｌｐｈｉ７．０（軟件平臺）程序開發出累積噪聲等值線計算軟件，其不但可以計算機場周圍區域的累積事件聲級，還可以查詢ＮＰＤ數據、飛機起飛程序信息、發動機系數信息、飛機氣動系數信息、機型信息。最后使用ＩＮＭ繪制首都機場２００８年噪聲等值線圖，包括ＮＭ輸入數據、ＩＮＭ使用步驟圖和首都機場２００８年噪聲等值線預測等內容。根據機場噪聲等值線圖，可確定機場存在的噪聲問題，評估減噪措施以及為機場周圍土地規劃提供科學的依據。本文的研究內容對解決國內面臨的機場噪聲問題以及降低機場噪聲對周圍居民的影響有重大意義。
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展開 
ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
本文以能量有限元理論為基礎，建立船舶能量有限元計算模型，采用國產自主商用軟件ProNas，對復雜激勵下船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas后處理功能顯示激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據此，對不滿足噪聲目標的艙室進行聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻振動噪聲預測與控制問題。
關鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動噪聲；ProNas軟件；聲學優化
1. 引言
結構中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，相比其它工業產品，船舶結構復雜、艙內環境更加獨特[1]：船舶結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大；船舶結構中的振動噪聲問題基本都在中高頻范圍；結構噪聲與空氣噪聲可以相互轉化。以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。按激勵源頻率及具體工業產品，可將振動和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。低頻結構的響應具有確定性，工程中常用的數值方法有：有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）；理論上，上述兩種方法可計算任意結構、任意頻率下的振動場。
展開 ProNas能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測的應用
在上一期的文章《中高頻噪聲仿真的新科技—自主研發能量有限元軟件ProNas》中，我們介紹了ProNas能量有限元法產生的背景、原理、優勢，以及基于ProNas能量有限元理論，安世亞太自主研發的ProNas軟件的特點和優勢。
本文，結合具體應用，介紹ProNa能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測中的應用。以ProNas能量有限元理論為基礎，建立了船舶的ProNas能量有限元計算模型，采用安世亞太大型商用軟件ProNas對復雜激勵在船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對不滿足噪聲目標的艙室進行了聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻噪聲預測與控制問題。
復雜結構的中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，尤其對于大型船舶其內環境相比其它工業產品更加獨特：結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大，噪聲頻域帶寬且持續穩定，結構噪聲與空氣噪聲相互轉化。以上這些特點，就使得船舶噪聲控制起來更加困難。
2014年7月國際海事組織（IMO）簽訂生效的新的《船上噪聲等級規則》要求居住區部分艙室聲壓級在舊規范的基礎上降低5dB(A),這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
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。
展開 ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
本文以能量有限元理論為基礎，建立船舶能量有限元計算模型，采用國產自主商用軟件ProNas，對復雜激勵下船舶各艙室產生的中高頻結構噪聲及空氣噪聲進行仿真計算，得到船舶各艙室聲壓級，并利用ProNas后處理功能顯示激勵源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據此，對不滿足噪聲目標的艙室進行聲學優化，最終解決了大型實際船舶工程的中高頻振動噪聲預測與控制問題。
關鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動噪聲；ProNas軟件；聲學優化
1. 引言
結構中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業領域研究的重點與難點問題，相比其它工業產品，船舶結構復雜、艙內環境更加獨特[1]：船舶結構形式縱橫交錯，艙室眾多，噪聲誘因復雜，聲源品種繁多密集，噪聲強度較大；船舶結構中的振動噪聲問題基本都在中高頻范圍；結構噪聲與空氣噪聲可以相互轉化。以上這些特點，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國際海事組織（IMO）出于對船艇人員舒適性和健康的考慮，2014年簽訂生效的《船上噪聲等級規則》，對船上振動和噪聲指定了更嚴格的限制，與原有規則相比，要求居住區部分艙室聲壓級降低5dB(A)，這就要求船舶工程設計人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
目前，噪聲預測的理論體系相對完善，并已將理論應用于大量實際工程中。按激勵源頻率及具體工業產品，可將振動和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。低頻結構的響應具有確定性，工程中常用的數值方法有：有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）；理論上，上述兩種方法可計算任意結構、任意頻率下的振動場。
展開 完美“聲優” | ProNas在大型船舶中高頻噪聲預測的應用
第四、ProNas軟件為解決中高頻噪聲提供了新的方法，為改進船舶設計參數提供了科學依據，提高了船舶的噪聲設計質量，縮短研發周期，節約開發成本。
第五、ProNas軟件仿真得到的船舶結果與實測結果的最大誤差值的絕對值在5dB(A)內，滿足模型的預測精度。
參考文獻
[1] 陳小劍. 船舶噪聲控制技術[M]. 上海：上海交通大學出版社，2012:12-107.
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[3] 原凱，王建民，韓麗，等. 能量有限元在振動與噪聲預示中的研究進展[J]. 強度與環境 2015. 42(3)：12-19.
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[9] 翁長儉. 船體振動學[M].
展開 基于Cradle SC/Tetra和Actran聯合仿真的氣動噪聲精確預測
噪聲源主要有兩種構成，振動噪聲源和氣動噪聲源。顧名思義，振動噪聲是由結構振動輻射出來的噪聲，氣動噪聲是由流體流動中的湍流引起并傳播出來的噪聲。在很多應用場景中，了解并掌握氣動噪聲如何產生以及如何傳播對產品的設計有很大意義。比如，下圖中汽車風噪聲，汽車在高速行駛時后視鏡和側窗區域形成的風噪會傳入車內；風機在旋轉做功時會切割空氣并產生渦流，形成周期性較強的離散噪聲和寬頻帶的渦流噪聲；空調管道內流速過快時產生的湍流噪聲等。
在氣動噪聲的模擬計算中，工程師往往關注以下幾點：優化設計的快速性、是否可能在設計前期就進行噪聲預測、仿真計算的網格規模、能否有效控制仿真成本、節約計算時間等。
SC/Tetra可解決的常見CFD問題
下面就給大家介紹MSC Software公司的SC/Tetra和Actran是如何聯合進行氣動噪聲模擬的。
Cradle（MSC子公司）旗下的SC/Tetra是一款通用的CFD軟件，可以提供一站式解決方案套件。Tetra采用有限體積法的迭代方法，可計算多種流動類型，包括可壓縮，不可壓縮和動網格（ALE）等，其性能高效，快速，精確。Tetra典型應用如下圖所示。
FFT（MSC子公司）旗下的Actran是國內外通用的聲學模擬軟件，由于精細的建模方法，便捷的操作流程及精準的計算精度被廣大用戶所接納。Actran主要基于聲學有限元求解各類聲學問題，同時包含聲學無限元、完美匹配層、間斷伽遼金（DGM）、統計能量方法（新版本）等多類方法，可用來求解范圍廣泛的振動噪聲與氣動噪聲問題。Actran便捷易操作的前后處理界面也是一大亮點。近年來，由于Actran在氣動噪聲的優異表現，如汽車風噪聲、風機類旋轉機械噪聲、航空發動機噪聲等方面的卓越表現，已經逐步成為產品開發必不可少的仿真工具。
展開 消聲器設計仿真及噪聲預測
此外，新定義的從消聲器入口到聲學域邊界的傳輸損耗通過預測泄漏到周圍空氣中的聲音使人們對消聲器性能的理解更加深入。
對消聲器設計中聲發射預測的思考
本文的研究通過將消聲器模型耦合到周圍聲學域，推進了之前文章中的研究，還描述了評估消聲器性能的新的量，即從消聲器入口到周圍環境的傳輸損耗。這里描述的新技術使消聲器設計人員能夠更好地預測外部噪聲的產生情況，從而符合強制性噪聲排放標準。
請注意，除了簡單地改變殼的厚度以外，你還可以通過其他方式進行殼-強化分析。另一種分析殼剛度的方法是通過模壓加工改變殼的拓撲結構，然后將模壓加工后的殼的性能與加工前消聲器幾何結構的性能進行比較。
來源：COMSOL
展開 基于多體動力學的發動機噪聲預測與輕量化
從圖16中可以看出，優化后的整機氣門罩蓋點的噪聲頻譜分析明顯好于減重的方案，在500～5 000 Hz 范圍內優化效果明顯，整體表現為在中高頻率的優化效果顯著。
圖16 發動機氣門罩蓋點噪聲頻譜圖
原方案、減重方案及優化方案的氣門罩蓋上方場點的平均聲壓級對比圖，如圖17 所示，優化后的聲壓級曲線在1 000～6 000 r/min 工況下確實比減重后的聲壓級降低了很多，而且與原方案的聲壓級基本保持一致，并且整體表現在中高轉速下優化效果明顯，與仿真值的結果吻合較好，說明發動機有限元模型及噪聲邊界元模型對于解決噪聲問題是可信、高效的。
圖17 發動機缸體減重前后與優化后試驗總聲壓級對比
5 結論
基于柔性體多體動力學，結合有限元理論得出了發動機表面振動激勵的結果，并且對標發動機振動試驗結果，最終得出的發動機表面加速度級仿真結果與其試驗結果擬合完全一致，驗證了多體動力學模型的真實性。
通過聲學邊界元方法和五點測試方法，構建了發動機1 m 噪聲仿真模型，利用噪聲試驗驗證了仿真結果的最大誤差在允許范圍內。誤差的原因是由于仿真無法模擬氣流沖擊產生的噪聲，而這部分對于優化結構產生的輻射噪聲影響不大：如果是對不同的方案進行測試，都涵蓋氣流的噪聲；如果是對不同的方案進行仿真，則都不涵蓋氣流的噪聲。因此利用聲學有限元的發動機噪聲仿真模型可預測發動機的噪聲趨勢。
該方法不局限用于缸體結構的輕量化研究，還可應用于其他部件方案的成本優化、輕量化材料選取等對發動機振動噪聲的預判。
展開 
北京交通大學成功舉辦首屆軌道交通噪聲與振動環境影響青年學者論壇
之后，西南交通大學教授韋凱博士首先作了題為《高分子材料真實動力性能及其對軌道交通環境振動噪聲的影響機制》的主題發言，詳細介紹了他對高分子材料扣件墊板頻變特性和溫變特性及其對振動預測的影響，并介紹了磁流變阻尼減振軌道的研究進展。
接下來，中南大學教授朱志輝博士作了題為《軌道交通環境振動的三維隨機振動分析方法研究》的主題發言，介紹了其為了提高環境振動三維動力有限元計算效率所做的計算改進工作。
重慶交通大學副教授薛富春博士作了題為《輪軌三維滾動接觸初步研究》的發言，從車輛軌道模型的簡化研究現況出發，介紹了精細化輪軌分析的建模研究。
同濟大學副教授李奇博士作了題為《鐵路噪聲預測中的軌道結構力學模型和參數估計》的發言，分別介紹了車軌橋耦合分析的頻域力法原理、軌道衰減率和扣件剛度的間接測量、輪軌組合粗糙度的間接測量以及高架軌道交通振動和噪聲的應用實例。
東南大學副教授宋曉東博士作了題為《軌道交通橋梁噪聲預測與減振降噪研究》的發言，詳細介紹了橋梁振動噪聲正向預測、聲學逆運算與橋梁噪聲聲源重構方法以及橋梁減振降噪的措施研究。
在上午的論壇演講和討論中，各位專家圍繞如何更加有效模擬列車通過振動和噪聲、如何提高預測準確度、如何解決計算結果與實測結果之間的偏差進行了激烈的討論和充分的交流。
論壇下午共安排7場主題演講，由西南交通大學韋凱教授和同濟大學金浩博士主持。
同濟大學副研究員李莉博士作了題為《不同剛度扣件對地鐵車輛車內噪聲的影響研究》的發言，從實車實驗、測試數據分析和理論計算幾個方面對該問題多年來的研究歷程進行了闡述。
展開 干貨｜大型多通道系統中預測相位噪聲的系統方法，你Get了嗎？
圖5. a) 用于驗證相位噪聲模型的測量值，b) 計算得出的在模型中使用的相位噪聲貢獻分量。這是針對所有MxFE共用一個時鐘的情況。
圖6. 3.2 GHz時16通道的測量值和模型預測值。
圖7. 3.2 GHz時8通道的測量值和模型預測值。兩圖之間的差異在于：MxFE如何共用發射通道。
圖8. 3.2 GHz時4通道的測量值和模型預測值。兩圖之間的差異在于：MxFE如何共用發射通道。
一些關于測量值和預測值的觀察值得注意。在許多情況下，預測值幾乎與測量值完全一樣。在某些情況下，測量值略低于預測值。我們承認這一點，但無法給出準確描述。圖8左側的圖提供了一個潛在的指示器。當放大這些圖時，我們發現預測值與兩個測量示例匹配，但測量案例的值稍高一點。可能是因為在AD9081 芯片中，每個MxFE導致的相關噪聲不完全相同，導致出現一些差異。第5節中描述的一些簡化假設可能也是導致出現差異的原因。在這些示例中，預測都相當準確，我們認為這種方法對這種設計是有效的。
測量案例2：每個MxFE的分布式PLL
在本測量中，4個MxFE每個使用一個單獨的ADF4371，如圖1所示。ADF4371鎖定使用低相位噪聲500 MHz的基準電壓源，設置提供12 GHz輸出。圖9顯示用于驗證模型的測量值和噪聲貢獻分量。
圖9. A) 使用獨立的ADF4371芯片作為時鐘輸入源時，用于驗證相位噪聲模型的測量值，b) 計算得出的在模型中使用的相位噪聲貢獻分量。這是針對每個MxFE的分布式PLL的情況。
展開 CFD軟件如何分析噪音的產生 傳播 衰減？
歸納起來，目前的流噪聲預測方法主要有：（1）半經驗方法；（2）直接數值模擬方法；（3）CFD和聲類比相結合的混合方法。其中后兩種都是采用數值計算的方法。
（1）半經驗方法
半經驗方法是在大量實驗的基礎上結合理論分析總結出的經驗性噪聲預測方法。如使用該方法使風機的噪聲與風機的結構尺寸、流量、壓力、甚至流場結構等主要參數關聯起來，對同一類型的風機有很好的預測結果。但是由于需要大量的物理模型和實驗測試，耗時耗力。
（2）直接數值模擬方法（DNS）
聲學非齊次波動方程嚴格意義上講是三維可壓縮N-S方程的變形形式，可壓縮形式的N-S方程能夠描述在任何流動情況下聲波的產生和傳播現象。因此，從理論上講，流聲的數值計算可以通過DNS方法求解。這樣從大尺度到最小的黏性尺度，全部的尺度都被解出，求解結果包括了聲音的產生和傳播。顯然，這樣的計算并不存在湍流模型和聲源模型帶來的模型誤差和近似誤差，而且直接模擬能夠同時得到流場和聲場的結果，有利于更好揭示噪聲機理。然而與流場流動的能量相比，聲波的能量要小幾個數量級。因此，這種求解方式通常要求高階、低耗散的方法用于精確捕捉和傳播聲波，同時從聲源到噪聲測點劃分的網格也要足夠精細。因此進行直接模擬對系統資源的要求很高，而且計算時間也很長，就工程應用而言，這種方法目前還是不實際的。
（3）CFD和聲類比相結合的混合方法
CFD和聲類比相結合的方法是迄今為止最流行的噪聲預測方法，此方法也常被稱為混合方法或兩步法。該方法的基本思想是：近場部分采用CFD技術進行數值模擬，以獲得準確的聲源信息數據；聲波從近場到遠場部分的傳播采用聲類比方法進行精確的求解。聲類比模型忽略聲場對流場的反饋作用，把噪聲的求解分為兩個步驟，即將噪聲的產生與傳播過程分別進行計算。
展開 軌道交通高架橋結構振動噪聲預測
抽取高架橋結構外表面模型，導入噪聲模擬軟件后轉換為高架橋結構噪聲分析的邊界元模型。以有限元分析結果作為邊界元模型的激勵邊界條件，利用邊界元法預測高架橋結構的噪聲輻射情況。
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