高頻噪聲
關(guān)注創(chuàng)建者：聲學(xué)工程師小吳 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-26
高頻噪聲的視頻教程
汽車雨刮器膠條異響仿真分析解決方案
整機(jī)振動(dòng)噪聲主要是由于裝配工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等造成的，電磁振動(dòng)噪聲問題主要與電磁力引起電機(jī)結(jié)構(gòu)模態(tài)共振有關(guān)。 雨刮膠條與擋風(fēng)玻璃之間摩擦引起的振動(dòng)噪聲問題尤為突出，主要是低頻抖動(dòng)噪聲、換向沖擊噪聲與高頻尖叫聲問題。由于由橡膠制作的膠條與擋風(fēng)玻璃的摩擦非常復(fù)雜，存在著明顯的非線性特征。
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高頻噪聲的實(shí)例教程
如何有效解決中高頻噪聲問題目前仍是學(xué)術(shù)界和工程應(yīng)用領(lǐng)域的難題之一。在當(dāng)前解決中高頻噪聲的幾種主要理論方法中，ProNas能量有限元方法作為一種全新的可行有效的中高頻噪聲控制理論，具有較強(qiáng)的理論和應(yīng)用價(jià)值。
ProNas能量有限元方法克服了統(tǒng)計(jì)能量分析和能量有限元方法的不足之處，可用于求解強(qiáng)耦合、大阻尼等非保守系統(tǒng)，在降低工程應(yīng)用人員的操作難度，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期等方面都表現(xiàn)了極大的優(yōu)勢(shì)；并且，其核心算法，保證了仿真的精度與求解效率。在中高頻噪聲控制領(lǐng)域，ProNas能量有限元方法很值得期待。
基于ProNas能量有限元方法，安世亞太聯(lián)合國(guó)際最先進(jìn)的中高頻專家資源共同開發(fā)了擁有國(guó)內(nèi)自主軟件著作權(quán)的中高頻噪聲仿真分析軟件ProNas，助力解決中高頻噪聲控制難題。作為振動(dòng)噪聲工程界新一代前沿技術(shù)的代表，ProNas成功的破解了傳統(tǒng)中高頻方法面臨的困境。
ProNas能量有限元方法產(chǎn)生的背景
當(dāng)前，解決中高頻噪聲有幾種主要理論方法：統(tǒng)計(jì)能量分析方法、能量有限元方法及ProNas能量有限元方法。
統(tǒng)計(jì)能量分析是一種用于較寬頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)噪聲的統(tǒng)計(jì)方法。但統(tǒng)計(jì)能量分析的應(yīng)用有大量前提假設(shè)，且統(tǒng)計(jì)能量分析不能保證子系統(tǒng)的空間變量信息的完整性，子系統(tǒng)的劃分需要一定的經(jīng)驗(yàn)，不易進(jìn)行實(shí)際結(jié)構(gòu)形態(tài)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在這樣的背景下，能量有限元方法產(chǎn)生了。
能量有限元方法以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)離散，在單元之間建立能量密度的關(guān)系方程，求解得到結(jié)構(gòu)上所有點(diǎn)的能量密度響應(yīng)信息。能量有限元方法在結(jié)構(gòu)突變處引入大量重復(fù)節(jié)點(diǎn)及能量密度，計(jì)算效率上得不到平衡。而且，目前的能量有限元方法在結(jié)構(gòu)振動(dòng)及聲輻射問題上的應(yīng)用還局限在簡(jiǎn)單的問題上。
ProNas能量有限元方法應(yīng)需而生。
展開 導(dǎo)讀：如何有效解決中高頻噪聲問題目前仍是學(xué)術(shù)界和工程應(yīng)用領(lǐng)域的難題之一。在當(dāng)前解決中高頻噪聲的幾種主要理論方法中，ProNas能量有限元方法作為一種全新的可行有效的中高頻噪聲控制理論，具有較強(qiáng)的理論和應(yīng)用價(jià)值。
安世亞太基于ProNas能量有限元方法，聯(lián)合國(guó)際最先進(jìn)的中高頻專家資源共同開發(fā)了擁有國(guó)內(nèi)自主軟件著作權(quán)的中高頻噪聲仿真分析軟件ProNas，助力解決中高頻噪聲控制難題。本期結(jié)合案例介紹ProNas軟件的功能和優(yōu)勢(shì)，以及ProNas是如何幫助用戶解決中高頻噪聲問題的。
概述
ProNas軟件是能量有限元分析（EFEA）和統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）領(lǐng)域的代表性解決方案。ProNas混合EFEA-SEA技術(shù)和基于能量有限容積算法的工程開發(fā)與應(yīng)用，代表著振動(dòng)噪聲工程界新一代的前沿技術(shù)。
在物理樣機(jī)制造之前，利用ProNas軟件對(duì)設(shè)計(jì)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)，以達(dá)到降低產(chǎn)品成本、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，并降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)的目的。同時(shí)，在物理樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中，可應(yīng)用該軟件進(jìn)行大量的靈敏度分析和整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)激勵(lì)或聲場(chǎng)激勵(lì)下廣譜的隨機(jī)噪聲振動(dòng)評(píng)估。
ProNas軟件建模靈活、計(jì)算效率高，具有寬泛的阻尼和耦合強(qiáng)度適用范圍和簡(jiǎn)單易學(xué)的用戶操作界面，非常適用于結(jié)構(gòu)聲學(xué)問題的可行性研究、靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
展開 在上一期的文章《中高頻噪聲仿真的新科技—自主研發(fā)能量有限元軟件ProNas》中，我們介紹了ProNas能量有限元法產(chǎn)生的背景、原理、優(yōu)勢(shì)，以及基于ProNas能量有限元理論，安世亞太自主研發(fā)的ProNas軟件的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
本文，結(jié)合具體應(yīng)用，介紹ProNa能量有限元法在船舶中高頻噪聲預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。以ProNas能量有限元理論為基礎(chǔ)，建立了船舶的ProNas能量有限元計(jì)算模型，采用安世亞太大型商用軟件ProNas對(duì)復(fù)雜激勵(lì)在船舶各艙室產(chǎn)生的中高頻結(jié)構(gòu)噪聲及空氣噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算，得到船舶各艙室聲壓級(jí)，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵(lì)源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對(duì)不滿足噪聲目標(biāo)的艙室進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化，最終解決了大型實(shí)際船舶工程的中高頻噪聲預(yù)測(cè)與控制問題。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，尤其對(duì)于大型船舶其內(nèi)環(huán)境相比其它工業(yè)產(chǎn)品更加獨(dú)特：結(jié)構(gòu)形式縱橫交錯(cuò)，艙室眾多，噪聲誘因復(fù)雜，聲源品種繁多密集，噪聲強(qiáng)度較大，噪聲頻域帶寬且持續(xù)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)噪聲與空氣噪聲相互轉(zhuǎn)化。以上這些特點(diǎn)，就使得船舶噪聲控制起來更加困難。
2014年7月國(guó)際海事組織（IMO）簽訂生效的新的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》要求居住區(qū)部分艙室聲壓級(jí)在舊規(guī)范的基礎(chǔ)上降低5dB(A),這就要求船舶工程設(shè)計(jì)人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
傳統(tǒng)的以有限元（FEA）、邊界元（BEA）、統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）等算法為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的商用軟件工具，在計(jì)算效益上存在不足和瓶頸，很難滿足來自噪聲振動(dòng)工程界及學(xué)術(shù)科研的越來越復(fù)雜、精細(xì)及多學(xué)科綜合解析優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)發(fā)展需求。
展開 因?qū)幼^(qū)域及機(jī)械處所噪聲控制要求較高，同時(shí)為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本案例截取局部模型，即僅對(duì)居住區(qū)域和機(jī)械處所進(jìn)行研究。
圖2.某客箱船有限元模型
2、ProNas軟件模型處理
ProNas軟件是國(guó)內(nèi)知名公司安世亞太聯(lián)合國(guó)際最先進(jìn)的中高頻噪聲專家資源開發(fā)的中高頻噪聲仿真分析軟件，擁有國(guó)內(nèi)自主軟件著作權(quán)的自主可控的中高頻軟件，是能量有限元分析（EFEA）和統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）領(lǐng)域的代表性解決方案，代表著振動(dòng)噪聲工程界新一代的前沿技術(shù)。
本案例通過ProNas聲學(xué)仿真軟件分別對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)噪聲與空氣噪聲進(jìn)行了仿真計(jì)算。將Nastran格式模型導(dǎo)入ProNas軟件中，如圖3所示。通過ProNas軟件聲腔自動(dòng)識(shí)別功能自動(dòng)劃分聲腔子系統(tǒng)，如圖4所示。軟件自動(dòng)耦合聲腔子系統(tǒng)和其臨近貼合的結(jié)構(gòu)單元，這樣能量即可在結(jié)構(gòu)單元與聲腔子系統(tǒng)之間進(jìn)行交換。然后對(duì)各艙室結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行聲學(xué)材料設(shè)置，如甲板敷料、絕緣布置材料，設(shè)置門窗材料等，如圖5所示。
展開 摘要： 能量有限元方法是一種以能量密度為基本變量的數(shù)值計(jì)算方法，既能克服有限元（FEA）方法在中、高頻分析時(shí)彎曲波在結(jié)構(gòu)中傳播，要求小尺寸網(wǎng)格引起計(jì)算效率低以及結(jié)構(gòu)模態(tài)密集導(dǎo)致的頻率上限的問題；又能改善統(tǒng)計(jì)能量法（SEA）丟失子系統(tǒng)空間特征信息的問題。本文以能量有限元理論為基礎(chǔ)，建立船舶能量有限元計(jì)算模型，采用國(guó)產(chǎn)自主商用軟件ProNas，對(duì)復(fù)雜激勵(lì)下船舶各艙室產(chǎn)生的中高頻結(jié)構(gòu)噪聲及空氣噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算，得到船舶各艙室聲壓級(jí)，并利用ProNas后處理功能顯示激勵(lì)源及傳遞路徑處的能量分布云圖。據(jù)此，對(duì)不滿足噪聲目標(biāo)的艙室進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化，最終解決了大型實(shí)際船舶工程的中高頻振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)與控制問題。
關(guān)鍵詞： 能量有限元；船舶；中高頻振動(dòng)噪聲；ProNas軟件；聲學(xué)優(yōu)化
1. 引言
結(jié)構(gòu)中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，相比其它工業(yè)產(chǎn)品，船舶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、艙內(nèi)環(huán)境更加獨(dú)特[1]：船舶結(jié)構(gòu)形式縱橫交錯(cuò)，艙室眾多，噪聲誘因復(fù)雜，聲源品種繁多密集，噪聲強(qiáng)度較大；船舶結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)噪聲問題基本都在中高頻范圍；結(jié)構(gòu)噪聲與空氣噪聲可以相互轉(zhuǎn)化。以上這些特點(diǎn)，使得船舶噪聲控制起來十分困難。并且，國(guó)際海事組織（IMO）出于對(duì)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(jí)規(guī)則》，對(duì)船上振動(dòng)和噪聲指定了更嚴(yán)格的限制，與原有規(guī)則相比，要求居住區(qū)部分艙室聲壓級(jí)降低5dB(A)，這就要求船舶工程設(shè)計(jì)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(yù)測(cè)的理論體系相對(duì)完善，并已將理論應(yīng)用于大量實(shí)際工程中。按激勵(lì)源頻率及具體工業(yè)產(chǎn)品，可將振動(dòng)和噪聲的問題劃分為低頻、中頻及高頻。
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有哪些實(shí)用的高壓比例閥噪音降低技巧？2個(gè)月前
根據(jù)流量需求選擇合適通徑的比例閥，避免“小閥大用”；
盡量縮短閥與執(zhí)行器之間的管路長(zhǎng)度，減少90°彎頭，采用平滑過渡接頭；
在關(guān)鍵位置加裝消聲器或緩沖罐，吸收高頻噪聲能量。
三、調(diào)整控制參數(shù)，抑制高頻振蕩
比例閥多采用電子控制，若PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，容易引起閥芯高頻抖動(dòng)，產(chǎn)生刺耳噪音。
b.線纜長(zhǎng)度盡量縮短,若超過3米需增加磁環(huán)抑制高頻噪聲。
c.禁止行為(可能會(huì)導(dǎo)致通訊異常報(bào)錯(cuò)):
禁止與氣動(dòng)電磁閥線纜、傳感器線纜等共用線槽。
禁止在電爪線纜上纏繞扎帶(改用尼龍搭扣固定,避免高頻輻射)。
二、電源及信號(hào)防護(hù)性能提升(選做)
1.電源隔離與濾波
a.為電爪單獨(dú)配置隔離電源模塊,避免與電機(jī)共用電源導(dǎo)致電壓波動(dòng)。
在電機(jī)NVH測(cè)試平臺(tái)選型中，需根據(jù)電機(jī)規(guī)格與測(cè)試需求準(zhǔn)匹配：針對(duì)中小型電機(jī)（功率≤50kW）的NVH測(cè)試，選用00級(jí)精度HT250材質(zhì)平臺(tái)即可滿足需求；針對(duì)大功率電機(jī)（功率＞50kW）或高頻噪聲振動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景，需選用QT600材質(zhì)增強(qiáng)剛性，搭配隔音罩安裝預(yù)留結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)試環(huán)境。同時(shí)，平臺(tái)需定期用激光干涉儀復(fù)核平面度，避免長(zhǎng)期使用導(dǎo)致精度衰減，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的一致性與可靠性。
新版本采用全新的Radiosity求解器，應(yīng)對(duì)大空間與高頻噪聲的挑戰(zhàn)。接下來就讓我們一起來了解一下吧！
PART.01
Radiosity算法在大型空間與高頻噪聲傳播中的應(yīng)用
Radiosity 求解器是一種基于幾何和能量的聲學(xué)方法，現(xiàn)已集成到 ACTRAN 中，可在數(shù)分鐘內(nèi)處理大空間和高頻噪聲傳播。
如何精確定位和量化高鐵外部噪聲？6個(gè)月前
設(shè)計(jì)改進(jìn)指導(dǎo)：基于上述數(shù)據(jù)，工程師可確定“最優(yōu)改進(jìn)位置”——例如若車廂間通道是高頻噪聲主要來源，可針對(duì)性優(yōu)化通道密封結(jié)構(gòu)；若輪軌滾動(dòng)噪聲占比高，可改進(jìn)輪軌材質(zhì)或打磨工藝，從而高效降低整體噪聲輻射
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全新《HBK聲學(xué)與振動(dòng)產(chǎn)品簡(jiǎn)明目錄》
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湍流噪聲（寬帶噪聲）：風(fēng)扇葉片表面氣流分離、渦流脫落，以及氣流在進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口的紊亂流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，頻率范圍廣（1000-10000Hz），表現(xiàn)為“呼呼”的中高頻噪聲，近距離影響更明顯。
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波束形成（Beamforming）
適用于整體噪聲掃描
陣列通常放置在離設(shè)備約35 cm處（約一個(gè)陣列直徑）
配合反射板使用，可顯著抑制背景噪聲干擾
尤其擅長(zhǎng)中高頻噪聲分析
聲學(xué)攝像機(jī)與反射板和平板設(shè)備一起使用
2.
在“其他”選項(xiàng)卡中，顯式分析與隱式分析的設(shè)置也有所不同，該頁(yè)面只包含“線性體積粘性參數(shù)”和“二次體積粘性參數(shù)”兩欄，其中線性體積粘性參數(shù)默認(rèn)值為0.06，二次體積粘性參數(shù)默認(rèn)值為1.2，僅適用于連續(xù)體單元和壓容積應(yīng)變率的情況，這兩項(xiàng)設(shè)置主要用于控制高頻噪聲與數(shù)值振蕩。
其核心架構(gòu)支持聲學(xué) - 結(jié)構(gòu)振動(dòng)（Vibro-Acoustics）、氣動(dòng)聲學(xué)（Aero-Acoustics）、流體 - 聲學(xué)耦合等多場(chǎng)景仿真，可精準(zhǔn)模擬從低頻結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射噪聲到高頻氣動(dòng)噪聲的全頻段聲學(xué)行為。
