汽车噪声模拟案例.ppt

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1、FFT-ACTRAN,ACTRAN在汽车工业的应用,Free Field Technologies,1998，由Jean-Pierre Coyette教授、Jean-Louis Migeot教授创立总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部1999-2001，雷诺,标志,菲亚特,通用汽车,空中客车,壳牌石油,德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件专业的声学仿真工具（Actran/Acoustics）:振动声学(Actran/Vibro Acoustics,Actran for Nastran)流动声学(Actran/TM,Actran/DG

2、M,Actran/Aero Acoustics)前后处理器(Actran/VI)服务:培训,技术交流,工程咨询,特别开发科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。,Locations,Some Automotive Customers,The ACTRAN software suite,ACTRAN Vibro-Acoustics,ACTRAN Aero-Acoustics,ACTRAN Acoustics,ACTRAN VI,ACTRAN for NASTRAN,ACTRAN Acoustics,声学仿真工具声学有限元/无

3、限元声源:点声源,平面波,管道模态,结构振动非均质流体(密度和温度梯度)精确模拟管道声学问题的边界条件(解析解)更多的功能:传递矩阵法,不匹配网格,特殊单元类型典型应用管道中声传播,障碍物衍射振动结构辐射噪声高性能求解器，并行技术,Exhaust Muffler,Diffraction w/flow,Powertrain Radiation,ACTRAN VibroAcoustics,振动声学仿真工具Actran/Acoustics+a standard structural solver结构与声学的求解完全耦合丰富的有限单元与材料库:声学有限元与无限元粘弹性梁单元、壳单元与实体单元复合材料单

4、元、薄壳单元，允许考虑预应力作用(*)多孔与多孔弹性单元压电材料单元，支持换能器、声纳与噪声主动控制模拟(*)真实的激励方式:声学，运动学与动态激励随机激励：湍流边界层、扩散声场、相关激励，得到平均值、标准偏差、包络等,Loudspeaker,Side window transmission,Muffler Radiation,ACTRAN AeroAcoustics,宽带流致噪声仿真工具特性：支持大多数的CFD软件，并经过大量实验验证；Lightill 声类比、Mhring 声类比；在有限元网格上可以定义边界条件：任何边界条件都可使用!这是与其他处理方法(如Curle,FWH or BEM)

5、相比，最大的区别！可以与VibroAcoustics联合计算客户：Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,John Deere,Brothers,PSA.,风扇噪声,空调管道,与实验结果比较,ACTRAN TM,唯一模拟航空发动机以及其他涡轮机械噪声的工具特性：以管道模态方式定义声学激励非均质背景流下声音的传播精确模拟声衬客户:Airbus,Rolls-Royce,SNECMA,General Electric,MTU,Honeywell,Liebherr,Turbomeca,Aermacchi,.,Aermacchi,Airbus,Airbus,ACTRAN for NA

6、STRAN/ANSYS,从白车身到添加内饰材料整车模型的声学仿真工具应用于分阶段的研发进程满足计算精确性要求的同时，极大地提高求解速度与 Nastran 完全兼容，支持超单元应用客户:Ford,Nissan,Rieter,.,Trim is everywhere,Superlement coupling,From BIW to trimmed body,ACTRAN VI,ACTRAN各模块的前后处理器利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型提供脚本化语言编辑功能方便快捷的后处理功能云图、频谱曲线、瀑布图、指向性曲线自动计算全局量从云图结果提取场点响应Plt2audio：将频谱曲

7、线转换为声音文件,Model creation and validation,Advanced post-processing,FRF Display Tool,目录,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,PROBLEM 1:风噪声模拟,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部

8、件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,风噪声模拟主要因素,物理模型结构、流体与结构耦合车身、内饰材料风挡多层结构材料属性(Frequency dependent)声学激励点力载荷扩散声场湍流边界层(Turbulent boundary layer)空气动力性载荷,载荷方式1-点力载荷,载荷方式2-扩散声场激励,载荷方式3-湍流边界层激励,Glass+Seal detail,Model Description,OpenF

9、OAM CFD computationUnsteady incompressible CFD(pressure,velocity),Actran/ICFD Interpolation of the turbulence pressure fluctuations on the acoustic mesh,Actran/ICFD Fourier TransformTWPF into the frequency domain,Actran/VI Pre-processingMesh generationActran file setup,Actran VibroAcoustics Acoustic

10、 computationUse of the TWPF excitation into Actran,Actran/VI Post-processingColor map,pressure plot.,载荷方式4-空气动力性载荷,ACTRAN Aero/Vibro-Acoustic耦合计算结果,PROBLEM 2:结构振动噪声辐射,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油

11、喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,结构振动辐射噪声模拟,Nastran Computation,(Step 1)通过结构分析软件计算得到振动结果作为声学激励.(velocities or displacements)(Step 2)通过ACTRAN模拟噪声辐射.,声辐射贡献量分析,设定不同控制面，ACTRAN可以自动统计结构不同部位辐射声能；支持多工况计算，边界元方法无法比拟的计算速度；对于某一场点的贡献量分析。,radiating 2,radiating 3,radiating 4,radiating 1,PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析,PROBLEM 1:风噪声模拟PRO

12、BLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,车身内部内饰材料,实验装置,“Vibro-acoustic FEA Modeling of Two Layer Trim Systems”,Christian Y.Glandier and Ralf Lehmann(DaimlerChrysler AG),Takashi Yamamoto and Yoshinobu Kamad

13、a(Mitsubishi Motors Corporation),SAE 2005研究对象：弹性板+多孔泡沫材料+厚板激励方式：激振器作用于连接内饰部件的框架两种外部空间工况自由场声辐射在封闭箱体内的辐射,Excitation system,Free field radiation/closed box radiation,计算模型,建立的网格模型包含每一层的内饰部件、框架以及空气域计算两种内饰部件，材料属性如下表所示：,计算结果,结构响应,弹性板中心加速度响应(纤维材料),厚板的平均速度响应(纤维材料),计算结果,声学响应,距厚板1米处声压级(泡沫材料),距厚板1米处声压级(纤维材料),超单

14、元的应用,乘客舱声空间将被加到模型之中汽车乘客舱:可以计算司机/乘客人耳位置的声压级。声学激励：激励可以是扩散声场，ACTRAN仿真模型支持模拟隔声室试验；激励也可以定义在车体上。白车身在NASTRAN中通过超单元缩减，在ACTRAN中将车体模态信息插入到前围板边界节点上以精确模拟边界条件。,连接到汽车空腔,连接到消声室(自由场),扩散声场,声学自由场,PROBLEM 4:空调噪声分析,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析P

15、ROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,空调系统的作用舒适性(制热,制冷,通风)安全性(除雾)仪表板通风管道的质量标准压力损失气流指向性，流动是否均匀声学性能（气动噪声）,空调系统的噪声问题,格栅对气动噪声影响分析,格栅对气动噪声影响分析,空调通风口噪声,结论,声能主要集中在低频低频声能在喷流区域，而高频声能产生于格栅区域。,PROBLEM 5:进排气系统声学分析,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分

16、析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,进排气系统模拟,利用ACTRAN可以方便地模拟进气和排气系统排气管噪声管道内声音传播、反射评估出口的辐射阻抗壳体辐射噪声采用传递矩阵法模拟管道系统声学特性计算模型可以考虑的因素：流固耦合开放的出口端消声器绝热层吸声材料穿孔板流动效应温度效应,ACTRAN的传递矩阵方法（TMM）,解析的传递矩阵方法功能有限只适用于简单形状 仅限于平面波(see)不能模拟壳体辐射噪声均匀介质对于更复杂的模型，可以结合ACTRAN使用传递矩阵方法复杂几何更高的频率范围壳体辐射噪声+结

17、构耗散流动和温度梯度ACTRAN 集成了TMM功能！,排气管噪声问题描述,排气系统一个部件的噪声(例如:消声器)计算传递损失(TL)TL=10*log10(Wincident/Wtransmitted)结合传递矩阵法，计算排气系统整体的降噪效果,温度效应,Transmission Loss,With temperature,整体声学模型,Acoustic FEM/IEM interface,Acoustic elements,exhaust interior,Acoustic elements,outside fluid,Actran 支持不匹配网格,fluid 1(1,c1,T1),flui

18、d 2(2,c2,T2),Outlet exhaust noise+“shell”radiated noise in one unique model,Shell elements,exhaust skin,Structure deformation,Interior cavity SPL,Energies spectra,整体声学模型计算结果,Exterior sound field,TMM分析整体排气系统的优势,T=T1*T2*T3,PROBLEM 6:整车声学分析,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4

19、:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,整车声学分析步骤,Modal extraction ofthe body(s),Projection of modeson the trim interfaces,Modal extraction ofthe cavity(a),Modal results,Actran,Nastran,Fluid/Structure coupling,Modal Basis updated with energetic DBFl

20、uid/Structure Coupling Updated,FRF solution for the complete model(cavity+structure+trim)on structure or in cavity,Actran computes VT,TT and WT when the trim is subject to modes,整车声学分析案例,分析步骤,步骤1-车身外部载荷,步骤1-车身外部载荷,200Hz声学响应,声压级分布,声压分布,步骤2-乘客舱人耳位置声压响应,从汽车排气尾管到人耳位置的传递函数内饰件的隔声效果,PROBLEM 7:密封条隔声分析,PROBL

21、EM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,分析步骤准静态分析声学分析计算工况频率范围500-4000Hz杨氏模量、阻尼、压缩比率不同截面形状,密封条声学分析,密封条系统,密封条有限元模型,准静态分析,声学分析,不同密封条隔声性能比较,PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PRO

22、BLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,供油管路噪声,供油管路噪声分析考虑以下几种因素：模型内外包含两种流体（内部柴油与外部空气）；供油管路与发动机组的连接部分边界条件，采用Nastran超单元；外部空气的边界定义为无限元。,典型应用1-考虑管路声振耦合特性,声学特性与振动声学特性的比较,管路内部的均方声压,典型应用2-超单元,典型应用3-温度效应,20度 局部加速度,60度 局部加速度,典型应用4-

23、贡献量研究,不同控制面振动加速度比较,PROBLEM 9:轮胎噪声模拟,PROBLEM 1:风噪声模拟PROBLEM 2:结构振动噪声辐射PROBLEM 3:内饰部件声学性能分析PROBLEM 4:空调噪声分析PROBLEM 5:进排气系统声学分析PROBLEM 6:整车声学分析PROBLEM 7:密封条隔声分析PROBLEM 8:柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:轮胎噪声,胎噪问题中的重要因素,胎噪问题的重要因素轮缘周期性力载荷轮胎振动模态路面吸收效应噪声源Release zoneImpact zoneInterior物理模型轮胎复合材料(metalic fiber+rubber)高压内腔

24、Unequal structural&acoustical meshes,Exterior acoustic mesh,典型应用1-不同轮胎纹理的频谱特性,模拟轮胎-路面喇叭口效应导致的噪声放大现象路面和轮胎做固壁面简化假设轮胎外缘半径31cm,典型应用2-喇叭口效应,典型应用3-低噪声路面影响,Pass-by noise test position:rigid and absorbing road,Road absorption must be taken into account,内部高压气体:FE胎体:FE外部空气:FE/IE场点网格,典型应用4-轮胎噪声耦合模型,Allow to take into account the cavity modes and the basics modes of the Tire Non-congruent mesh support:the structure and acoustic fluid may be meshed completely independently,轮胎噪声耦合模型结果,242 Hz,轮胎噪声耦合模型结果,First cavity mode at 200 Hz,Thank You!,