Virtual Lab 在車身聲學靈敏度分析中的應用

2013-06-04 by:廣州有限元分析、培訓中心-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
關鍵字:CAE LMS Virtual Lab 聲學靈敏度

1.簡介
聲學靈敏度即在激勵點加載時響應點的聲壓響應與激勵點輸入的力的比值,相當于從激勵點到響應點的聲壓頻率響應函數(shù),它表征的是車身結構對結構輸入能量通過空氣流體傳遞到乘客耳朵的縮放效果。聲學靈敏度分析是整車開發(fā)過程中先期評估結構聲學性能的一個有效方法,通過聲學靈敏度分析的結果我們能發(fā)現(xiàn)車身的聲學特性及存在的問題,進而按照要求進行修改,使新設計或改進的車身達到比較好的聲學性能。
目前常用的P/F分析方法采用FEA諧響應分析,計算結構模態(tài),聲學模態(tài)并耦合計算得到聲音響應。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進行的車身聲學靈敏度分析,利用Virtual Lab可以簡單的完成聲學靈敏度的分析工作,提高分析效率。
分析流程如下:

Virtual Lab 在車身聲學靈敏度分析中的應用+學習資料圖片1

2.結構模型及模態(tài)結果準備
Virtual Lab 的聲學分析分為有限元法和邊界元法,本文采用的有限元法。Virtual Lab 分析的結構模型從FEA有限元分析模型中導入,在聲學靈敏度分析之前要使用NASTRAN計算結構模型的模態(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果。圖1是車身結構模型
3.聲學模型建立及處理
結構分析模型和結果輸入之后要對模型進行預處理,為了順利的建立聲空腔模型,要把結構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。
汽車結構聲學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果。
聲腔建模時另外一個關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。車身的實際結構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構,應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)的結果供響應分析時使用。

Virtual Lab 在車身聲學靈敏度分析中的應用+項目圖片圖片2
圖1 車身結構模型

在建立聲空腔模型的基礎上對流體模型進行預處理,在聲腔與結構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構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的噪聲,一個好的分析模型應該也盡量的模擬這些措施產(chǎn)生的作用。Virtual Lab中提供了添加聲學屬性的工具,通過添加聲學屬性,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構特性在結構分析中也要給與相應的考慮。
4.邊界條件及載荷
聲學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動自由度。輸出點是聲壓響應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?？梢杂肊xcel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.分析和結果后處理
插入一個振動聲學響應分析,并設置對應的輸入為前面已經(jīng)建立的結構及聲學模態(tài)結果和預處理(振動聲學映射、向量轉換等中間分析這里不做單獨討論)。求解振動聲學響應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靈敏度結果。

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圖2 聲腔模型