等效輻射功率的案例
設計仿真 | 基于MSC Nastran的等效輻射聲功率ERP計算
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
在車輛開發前期的動力系統開發或車身開發中，我們可以通過抑制結構表面法向振動速度縮小輻射噪聲，同時，精確識別結構局部模態對輻射噪聲影響。利用ERP分析，可以在頻率響應分析中快速獲取特定激勵下部件與面板的最大潛在聲輻射數據，從而準確定位結構中聲輻射最大的區域。基于這一結果，可采取結構優化措施（如對鈑金件進行形貌優化）或增加阻尼片等方式，有針對性地抑制結構表面振動，進而有效降低結構振動產生的輻射噪聲。
等效輻射功率
等效輻射功率（Equivalent Radiated Power, ERP）分析作為一種表征結構振動聲輻射的計算方法，自2008年引入MSC Nastran軟件，經過多年開發與更新，功能與優勢如下：
? 支持分析類型：頻響分析和瞬態分析。
? 峰值點輸出：與PEAKOUT結合，支持系統自動識別峰值點，一步分析輸出或用戶自定義頻率輸出點。
? 支持模態貢獻率分析：將面板等效聲輻射分解到面板局部模態。
? 計算高效性：無需對流體媒質進行建模，計算速度快。
? 支持ERP輻射值為設計響應：基于ERP的優化對計算資源與時間的要求顯著低于聲學響應優化，適用于拓撲/幾何驅動的聲學設計。
? 阻尼表征能力：定義局部結構阻尼研究對ERP影響。
? 分析結果格式：csv、OP2、PCH、H5格式，展示和二次處理方便。
展開 一文了解汽車空調NVH性能開發 附ERP等效輻射聲功率在汽車NVH開發中的應用下載
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等效輻射聲功率（ERP）優化阻尼工況探討一下嗎
有會的嗎
新能源汽車技術 | 轉子不同方式分段斜極對永磁同步電機噪聲的影響
在諧響應計算結果中提取出隨轉速逐漸變化的36階和72階等效輻射功率，如圖4所示。
(a)36階
(b)72階
圖4 不同斜極方式下36階和72階諧響應結果
匯總不同斜極方式中36階和72階等效輻射功率的最大值，如表4所示。
表4 不同斜極方式的最大等效輻射功率 （dB)
通過對比諧響應的計算結果，可以發現：
(1) 隨著轉速的增加，每個階次的等效輻射功率均呈上升狀態，斜極方式不同，但均表現為72階最明顯，其次是36階，這與電磁力時空分離的結果相吻合，主要與電機的12極72槽配合有關。
(2) 對于不同斜極方式產生的等效輻射功率而言，轉子分段不斜極的效果最差，輻射功率最大值為110.08 dB，其次是單邊斜極、Z-Z型斜極，雙邊斜極的等效輻射功率最低,為85.39 dB，效果最優。
2.2.2 聲場分析
在上述諧響應計算結果的基礎上進行電機多轉速工況的噪聲仿真。建立電機聲場的仿真模型，在電機外表面構建1 000 mm的空氣包絡，并對其進行網格剖分、導入載荷和聲域求解設置，仿真計算得到電機的聲場結果。
展開 
Acoustic——聲壓、聲強、聲功率之間的區別與聯系
目前，通過計算等效輻射聲功率（ERP）來對機械系統進行振動噪聲分析已在 工程分析中被廣泛應用，其計算主要取決于對選擇的輻射表面速度響應的評估。通過計 算分析來獲得頻率響應的最大輻射功率。在汽車減速器中，齒輪隨著輸 入軸轉動發生嚙合，在齒輪嚙合的激勵作用下，減速器中各部件必然發生振動，振動引 起傳播介質的振動向外傳播，這種振動使得減速器外殼表面振動能量的一部分作為聲能輻射出去，而在多體動力學仿真工具RecurDyn的Acoustics 模塊中，就可以通過特定的面集和法向速度來計算等效輻射功率（ERP），計算公式如下：
RLF: 輻射損耗因子
C: 聲音速度
RHO: 介質材料的密度
Ai:單元面集
Vi:法向速度
在聲學模塊下，還可以通過Scope工具對振動進行時域、頻域分析，獲取等效輻射功率（ERP）在不同頻率下的響應，也可以通過Coutour云圖工具，確定整體結構中振動貢獻度較大的部分，并確定激發結構振動最大化的頻率。
展開 Acoustic——聲壓、聲強、聲功率之間的區別與聯系
目前，通過計算等效輻射聲功率（ERP）來對機械系統進行振動噪聲分析已在 工程分析中被廣泛應用，其計算主要取決于對選擇的輻射表面速度響應的評估。通過計 算分析來獲得頻率響應的最大輻射功率。在汽車減速器中，齒輪隨著輸 入軸轉動發生嚙合，在齒輪嚙合的激勵作用下，減速器中各部件必然發生振動，振動引 起傳播介質的振動向外傳播，這種振動使得減速器外殼表面振動能量的一部分作為聲能輻射出去，而在多體動力學仿真工具RecurDyn的Acoustics 模塊中，就可以通過特定的面集和法向速度來計算等效輻射功率（ERP），計算公式如下：
RLF: 輻射損耗因子
C: 聲音速度
RHO: 介質材料的密度
Ai:單元面集
Vi:法向速度
在聲學模塊下，還可以通過Scope工具對振動進行時域、頻域分析，獲取等效輻射功率（ERP）在不同頻率下的響應，也可以通過Coutour云圖工具，確定整體結構中振動貢獻度較大的部分，并確定激發結構振動最大化的頻率。
展開 平板聲輻射功率計算
采用圖(3)公式，以（j*振型*圓頻率）作為速度分布，計算聲輻射模態，不能像振型一樣得到明顯的規律，如圖(7)所示；不知為何？正定實對稱矩陣特征值分解后，除了正交以外還有其他怎樣的規律呢？比如像振型這樣的元素分布。
ANSYS電機NVH最佳解決方案
第三，輻射振動噪聲的聲學表征。第四，體驗聲的結果是音頻格式。
第一步是計算磁力。這些可以是固定在每個獨立定子齒上的規律性的力，或者由于高頻驅動開關，或者是由于不平衡的磁力。所有這些都可以通過FEA模擬計算出磁性能和效率。通常這是在電機的時域計算，并轉換成頻域表示。輸出是力:徑向的，切向的，軸向的。這些力作為輸入應用到下一步。
第二步是設計和分析系統的結構響應。這些分析可以包括模態、自由振動模擬，以確定諧振頻率、耦合和模態形狀。包括結構受力函數的計算，如齒輪噪聲。然后所有這些力和磁力，都可以作為輸入，輸入到受迫的諧波振動分析中，來計算振動的絕對大小。這些結構振動可用于ERP計算、聲學、疲勞和優化分析。
第三步是強迫結構分析產生結構的表面振動。這些表面振動是引起氣壓變化和聲音在空氣中傳播的原因。ERP是等效輻射功率，它只是基于表面速度對輻射噪聲進行結構近似，對于單個近似量不需要進行聲學模擬。完整的聲學模擬給出了每一個精確的結果，代表了壓力和聲壓級以及遠場結果，顯示了方向性和單個麥克風的響應。
第四步：瀑布圖可以在Optis LEA中用于“聽”電機噪音與速度之間的關系。然后，Optis LEA可以用來識別哪些噪聲源和頻率對聲音質量有影響，這將告知工程師要改變什么以改善聲音的可聽體驗。
在磁設計和結構設計中使用參數(多物理優化)比優化單一物理具有明顯的優勢。
來源：中潤漢泰
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）
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）。第6階模態的差異會影響NVH預測的整體準確性。
圖3展示了Mechanical軟件的模態分析結果，顯示第0階模態和第6階模態分別發生在4711.7 Hz和4456.3 Hz。如圖3b所示，第6階模態的固有頻率值存在顯著差異，可以對Motor-CAD NVH模型進行調諧，使其與Mechanical軟件計算出的固有頻率值保持一致。
圖4展示了如何調整模態參數，以調諧Motor-CAD NVH模型。為了匹配第6階模態的固有頻率，可以使用圖4b中所示的方程輕松計算所需的剛度值，該方程源于固有頻率的定義。
輸入新的模態參數后，Motor-CAD NVH模型將自動調諧，NVH分析結果將在幾秒鐘內更新。調諧的模型可以更準確地預測ERP水平，如圖5所示。
如圖6所示，調諧的Motor-CAD NVH模型與來自Mechanical軟件的完整有限元分析結果密切相關。
Motor-CAD軟件中的NVH調諧操作簡單直觀，只需一次模態分析或測試數據即可調諧模態參數。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。
視頻演示：Motor-CAD NVH模型調諧
展開 行業應用方案 | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
Mechanical振動分析
等效輻射功率（ERP）
聲壓級（SPL）
遠場極坐標聲壓級
Motion多體動力學分析
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Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度
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）。第6階模態的差異會影響NVH預測的整體準確性。
圖2：Ansys Motor-CAD軟件與Ansys Mechanical軟件之間的ERP比較：
（上）由三階力諧波激勵的第0階模態
（下）由二階力諧波激勵的第6階模態
圖3展示了Mechanical軟件的模態分析結果，顯示第0階模態和第6階模態分別發生在4711.7 Hz和4456.3 Hz。如圖3b所示，第6階模態的固有頻率值存在顯著差異，可以對Motor-CAD NVH模型進行調諧，使其與Mechanical軟件計算出的固有頻率值保持一致。
圖4展示了如何調整模態參數，以調諧Motor-CAD NVH模型。為了匹配第6階模態的固有頻率，可以使用圖4b中所示的方程輕松計算所需的剛度值，該方程源于固有頻率的定義。
編輯
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圖3a（左）和3b（右）
Mechanical軟件的模態分析結果：
（左）第0階模態
（右）第6階模態
圖4a（左）和4b（右）。模態參數調諧
輸入新的模態參數后，Motor-CAD NVH模型將自動調諧，NVH分析結果將在幾秒鐘內更新。調諧的模型可以更準確地預測ERP水平，如圖5所示。
展開 直播預告 | Actran 2025.1聲學仿真新功能介紹
基于階次工況的結構模態和參與因子輸入，用戶只需單擊幾下鼠標，即可在階次工況下構建并運行完整的聲輻射分析。可從 WM主頁訪問演示案例來展示此工作流程的優勢。
借助這種新的工作流程，工程師將能夠:
輕松檢查結構振動結果并計算等效輻射功率（ERP）
快速自動構建結構的聲學包面網格，并使用自動化步驟設置完整的聲輻射分析
深入分析結果并調查峰值噪聲水平的根本原因
■ 電機噪聲WM支持軸承載荷，并有其他更多改進
除了電磁載荷之外，軸承載荷現在還可以應用電機噪聲工作流。這些軸承載荷可以從 ROMAX 導出的 CSV 文件或 Masta 導出的 BDF 文件中導入。添加了對 3D 軸向電機的空間分解的支持，以及用于載荷和網格映射的新選項卡。此外，現在可以導出模態參與系數，以便在新的電驅動工作流程中使用。
借助這項新功能，工程師將能夠:
研究電磁載荷和軸承載荷對電驅動系統 NVH 行為的綜合影響
對軸向電機進行深入研究
更好地對齊不同的網格并映射結構上的載荷
■ WM幫助文檔
已為工作流管理器的最復雜節點創建了大量文檔。此文檔可通過節點右上角的 info 圖標訪問。此外，當用戶將鼠標懸停在屬性上時，會為所有工作流的所有字段顯示文本信息。借助這項新功能，工程師將能夠:
獲取所涉及函數的描述以及請求的字段中的預期內容
訪問 HTML 頁面以獲取更詳細的解釋
■ 在 Actran VI 中自動創建 SEA 子系統
自Actran 2021以來，AUTO_SUBSYSTEMS序列已可用于虛擬 SEA，它將結構模型劃分為單元片，隨機激發它們并根據它們的結果構建一個能量數據庫，然后根據它們的能量相關性將這些單元片重新分組到子系統中。
展開 行業應用方案 | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
Mechanical振動分析
等效輻射功率（ERP）
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遠場極坐標聲壓級
Motion多體動力學分析
Ansys中國推出豪華技術盛宴——Ansys 2021 R1新品發布系列網絡研討會，周周都有多個精彩議題與大家見面，多達30+場線上分享會將持續至5月，目前全系列網絡研討會已開放報名通道，快點加入我們，開啟你的2021學習計劃吧！
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基于Ansys平臺的電機NVH仿真分析流程
3500rpm噪聲頻譜
本文以典型案例介紹了基于Ansys平臺的電機NVH分析流程，本流程主要關注電機定子所受麥克斯韋電磁力導致的機殼諧振所產生的表面輻射功率對電機振動噪聲的貢獻，這也是傳統電機NVH分析理論所重點討論的內容，當然，從機殼輻射出的振動噪聲只是電機NVH的其中一條路徑，對于帶有減速器的動力系統來說，電機紋波轉矩導致的軸系共振也不能忽視，但是嚴格來說這不單純是電機本體的NVH問題，同時紋波轉矩也比較容易通過斜極斜槽、磁極修型、主動注入電流諧波等措施得到改善，其優化難度相對徑向電磁力來說并不大，在以后的文章中我們再來關注這一部分內容。另外，因條件有限，本文忽略了一些電機NVH仿真中的實際因素，比如端蓋和繞組模型的等效、定子鐵心裝配預應力、鐵心各項異性的材料屬性以及結構阻尼等等，這些因素都會不同程度上影響NVH分析的結果，需要各位工程師在實際工程項目中，結合相關理論和實驗測試結果進行深入的探索。
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