图3 切割网格展示了车内黄色区域场点网格
ATV数据库——MATV响应分析
传统的边界元和有限元法将结构的振动直接定义为边界条件,计算声场辐射。该方法的缺点是边界条件随工况的改变而改变,每种载荷条件都需要进行不同的求解。LMS Virtual.Lab利用声学传递向量技术(ATV),ATVs建立起辐射表面结构振动的速度与输出场点声压级间的传递函数,ATVs取决于几何结构、声域内的介质特性、声学表面特性(阻抗和导纳)、频率和场点位置。AT和载荷无关,这意味着ATVs技术特别适合于多工况强迫响应分析和结构优化。该技术在载荷和设计参数变化的仿真中显示出巨大的优越性,因为不需要重新计算。根据客户的要求,可以将ATVs技术运用到边界元网格或有限元网格上。有限元网格能在更多3D的细节上模拟吸声材料,边界元只考虑了表面的阻抗。
通过下面的公式我们得到:
【声压】=【声学传递矩阵】*【表面速度】
表面速度是结构表面的法向速度,因为只有法向速度才能产生声波,因此公式又可写成:
因此声学传递向量就是关于网格表面法向振动与单个麦克风位置处声压间的传递函数。描述如下:
{velocity boundary condition}-[modes].{modal participation factors}
又结构位移可以写成:
联立方程,得
如果要得到结构模态响应向量和麦克风处(场点)声压的直接关系,用:
模态声学传递向量定义如下:
模态声学传递函数是关于单个结构模态对单个麦克风位置处的声压的贡献的传递函数的组合。
与ATVs相比MATVs不能从声学参数计算中得到,还需要掌握振动结构的动力学行为,特别是结构模态。整个过程展示如图4和图5所示:
图4 ATV方法
图5 MATV方法
这个过程有一个极大的优点,就是在这个过程中可以保存ATV数据库,并能重新使用,只要不对声学模型做任何改动。结构模型可以被一定程度的修改,在修改后,只需简单地运算数据传递分析案例,重新计算声学响应,这只是个简单的乘法运算。
第三种方案:基于模态耦合的快速多层吸声材料的模拟(Fast Trim)
该方案利用Sysnoise求解器,通过耦合方法计算声场压力。用波缩减技术将结构模态和声学模态耦合到一起,可用来模拟连接装饰面板的属性。同时该方案吸收了网格缩减技术以减少计算时间并能保证计算精度。它是一种完整的有限元方法同时吸取多层吸声材料的模拟技术(该技术基于波缩减)的优点。使用该方案完成一个完整汽车模型计算时间的可以大大减少,从40分钟/频率到40秒/频率。仿真过程如下:
模态缩减
该方法的主要目的是建立不兼容网格的耦合关系,同时保证计算精度。利用该技术的原因是声振全耦合仿真。这似乎是很困难的事情,但在LMS Virtual.Lab里,利用网格缩减技术做起来非常简单。在软件里提取声腔的外层网格,用它作为结构缩减网格的主体。然后客户需要做的是定义输入输出点的位置,利用网格映射工具将结构模态映射到新的缩减网格上。缩减网格和声腔网格在湿面即具有完全有一致的节点。LMS Virtual.Lab可以进一步处理全部使用完全相同网格可能产生的节点编号问题。
装饰面板属性定义
随着分析结果频率的增加,精确模拟装饰面板的重要性也越大。如果用Biot分析方法—基于3实体有限元法,将会增加成千上万个自由度,计算代价非常昂贵,从实用观点来看这是不能接受的。
LMS Virtual.Lab快速内饰模块可以考虑应用到基本结构上的多层材料的声学性能,这是因为利用了基于wave-reacting传递导纳技术,该技术描述了多层材料(例如,结构基面和声腔)两边压力和速度之间的关系。传递导纳系数由传递矩阵决定。在内饰作用尤为重要的高频阶段,计算结果与测试数据耦合地非常好。在使用装饰面板属性的情况下,不需要再定义湿面。湿面是将声腔和结构网格联系到一起的表面,通常是声腔的外表面。
从声学仿真中创造工程洞察力
后处理——数据可视化
标准的后处理可以动画形式查看结构的模态,同时列出模态特性,让客户更好地理解模态行为。声学模态和声学频响函数的可视化使出现问题的频率更容易被发现。
面板声学贡献量分析
可以用一系列面板定义辐射表面的不同结构特征,根据一系列的定义准则,像特征角、位置或材料特性,这些面板很容易被定义。
该分析可以使客户确定各个面板的贡献量,从而判断实际结构部分那个贡献量最大。
节点贡献量
LMS Virtual.Lab高级方案为后处理提供了更多的细节,可以进行“热点”探测,像声音辐射高的位置,这些地方需要特别注意,或修改这些地方效果更明显。
模态声学贡献量分析
当评估不同结构模型对总声压级的影响时,只用模态参与因子是不充分的。对总噪声水平的贡献量是模态参与因子、振动水平和辐射因子共同作用的结果。对一个规定的场点,方案能提供一个专业的观点:在响应高的频率范围内,可以评估不同结构模型的贡献量
理解关键的结构模型至关重要;对车辆结构行为深刻地了解,可以提出最有效的解决方案。模态声学贡献量分析这种独特工具的运用实际缘于大量的结构模型和更高的模态带宽。
路径贡献量分析
噪声辐射大不但和载荷大(振动)有关,而且和易于传递噪声的路径有关,因此明确除了明确面板声学贡献量外,还要确定噪声源传递噪声的关键路径,它可以提供重要的信息:只有了解噪声水平和传递路径,才能更有效地优化设计方案。