Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用

2013-06-04 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文通過車身分析的實例,研究了采用Virtual Lab進行車身聲學(xué)靈敏度分析的方法。與FEA方法相比Virtual Lab更簡單,高效。
汪曉虎顧彥來源:LMS
關(guān)鍵字:CAE LMS Virtual Lab 聲學(xué)靈敏度

1.簡介
聲學(xué)靈敏度即在激勵點加載時響應(yīng)點的聲壓響應(yīng)與激勵點輸入的力的比值,相當于從激勵點到響應(yīng)點的聲壓頻率響應(yīng)函數(shù),它表征的是車身結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)輸入能量通過空氣流體傳遞到乘客耳朵的縮放效果。聲學(xué)靈敏度分析是整車開發(fā)過程中先期評估結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的一個有效方法,通過聲學(xué)靈敏度分析的結(jié)果我們能發(fā)現(xiàn)車身的聲學(xué)特性及存在的問題,進而按照要求進行修改,使新設(shè)計或改進的車身達到比較好的聲學(xué)性能。
目前常用的P/F分析方法采用FEA諧響應(yīng)分析,計算結(jié)構(gòu)模態(tài),聲學(xué)模態(tài)并耦合計算得到聲音響應(yīng)。因為大多數(shù)有限元工具沒有專門支持類似分析的模塊,前后處理時間比較長,工作比較繁瑣容易犯錯誤而且分析時間長,效率低。本文主要論述采用Virtual Lab進行的車身聲學(xué)靈敏度分析,利用Virtual Lab可以簡單的完成聲學(xué)靈敏度的分析工作,提高分析效率。
分析流程如下:

Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用+學(xué)習(xí)資料圖片1

2.結(jié)構(gòu)模型及模態(tài)結(jié)果準備
Virtual Lab 的聲學(xué)分析分為有限元法和邊界元法,本文采用的有限元法。Virtual Lab 分析的結(jié)構(gòu)模型從FEA有限元分析模型中導(dǎo)入,在聲學(xué)靈敏度分析之前要使用NASTRAN計算結(jié)構(gòu)模型的模態(tài)參數(shù)。所分析的有限元模態(tài)頻率要高于我們要得到的聲學(xué)靈敏度的頻率,一般是兩倍,這樣才能保證在Virtual Lab 分析中得到比較準確的結(jié)果。圖1是車身結(jié)構(gòu)模型
3.聲學(xué)模型建立及處理
結(jié)構(gòu)分析模型和結(jié)果輸入之后要對模型進行預(yù)處理,為了順利的建立聲空腔模型,要把結(jié)構(gòu)模型中聲空腔四周的洞堵上,Virtual Lab-Structures-Cavity Meshing中有完備的工具可以幫助解決這個問題。
聲腔周圍的孔洞不用全部堵上,根據(jù)聲腔單元的尺寸需要處理對應(yīng)尺寸的孔洞就可以了,其它的工作由Virtual Lab來完成。建模過程中可以處理一部分之后嘗試生成聲腔模型,能成功生成滿足分析需要的聲腔模型就可以了。
汽車結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析中椅子的處理是比較重要的一部分,在Virtual Lab中可以直接在建立聲腔模型時指定椅子的表皮,作為聲腔的內(nèi)部邊界,這樣就可以得到分別放在不同集合中的椅子和車內(nèi)聲腔的模型,然后對不同區(qū)域賦予不同的材料屬性,以便在分析中得到更加精確的結(jié)果。
聲腔建模時另外一個關(guān)鍵部位是行李艙的聲腔,對于不同的分析要求需要有不同的處理方法。車身的實際結(jié)構(gòu)和分析的工況決定行李艙的建模和處理方式,對于衣帽架和后座椅完全將行李艙與乘客艙隔開的結(jié)構(gòu),應(yīng)分開建模并避免乘客艙與行李艙聲腔的耦合。下面圖2是聲腔模型。對已經(jīng)建立的聲腔模型進行聲模態(tài)計算,得到聲模態(tài)的結(jié)果供響應(yīng)分析時使用。

Virtual Lab 在車身聲學(xué)靈敏度分析中的應(yīng)用+項目圖片圖片2
圖1 車身結(jié)構(gòu)模型

在建立聲空腔模型的基礎(chǔ)上對流體模型進行預(yù)處理,在聲腔與結(jié)構(gòu)耦合的表面建立一層虛擬的假皮,在Virtual Lab中這一層表皮用來處理結(jié)構(gòu)與流體之間的相互作用。
汽車車身上大量使用阻尼墊和吸音棉材料來降低乘客艙內(nèi)的噪聲,一個好的分析模型應(yīng)該也盡量的模擬這些措施產(chǎn)生的作用。Virtual Lab中提供了添加聲學(xué)屬性的工具,通過添加聲學(xué)屬性,可以很方便的模擬常用的噪聲控制措施,這里阻尼材料及飾件的結(jié)構(gòu)特性在結(jié)構(gòu)分析中也要給與相應(yīng)的考慮。
4.邊界條件及載荷
聲學(xué)靈敏度的計算中需要計算聲靈敏度的點為輸入點一般只考慮XYZ三向力輸入,模型中輸入點為三向平移自由度,特殊情況下也包含XYZ三向力矩輸入,模型中就要加入輸入點的三向轉(zhuǎn)動自由度。輸出點是聲壓響應(yīng)點或其他需要考慮的點,通常需要評估的是駕駛員右耳位置的聲壓。
載荷的施加是分析前的最后一項工作,在進行P/F計算時施加的是幅值為1N的白噪聲力載荷。可以用Excel編一個表格倒入到模型載荷集中,或者添加一個可編輯的載荷集然后手工輸入。

5.分析和結(jié)果后處理
插入一個振動聲學(xué)響應(yīng)分析,并設(shè)置對應(yīng)的輸入為前面已經(jīng)建立的結(jié)構(gòu)及聲學(xué)模態(tài)結(jié)果和預(yù)處理(振動聲學(xué)映射、向量轉(zhuǎn)換等中間分析這里不做單獨討論)。求解振動聲學(xué)響應(yīng)分析即得到所求的聲靈敏度,下面圖3至6是計算得到的車身上副車架后安裝點的聲學(xué)靈敏度結(jié)果。

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圖2 聲腔模型