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Virtual Lab在车身声学灵敏度分析中的应用 |
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作者：LMS 汪晓虎 顾彦 |
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1.简介
声学灵敏度即在激励点加载时响应点的声压响应与激励点输入的力的比值，相当于从激励点到响应点的声压频率响应函数，它表征的是车身结构对结构输入能量通过空气流体传递到乘客耳朵的缩放效果。声学灵敏度分析是整车开发过程中先期评估结构声学性能的一个有效方法，通过声学灵敏度分析的结果我们能发现车身的声学特性及存在的问题，进而按照要求进行修改，使新设计或改进的车身达到比较好的声学性能。
目前常用的P/F分析方法采用FEA谐响应分析，计算结构模态，声学模态并耦合计算得到声音响应。因为大多数有限元工具没有专门支持类似分析的模块，前后处理时间比较长，工作比较繁琐容易犯错误而且分析时间长，效率低。本文主要论述采用Virtual Lab进行的车身声学灵敏度分析，利用Virtual Lab可以简单的完成声学灵敏度的分析工作，提高分析效率。
分析流程如下：
2.结构模型及模态结果准备
Virtual Lab 的声学分析分为有限元法和边界元法，本文采用的有限元法。Virtual Lab 分析的结构模型从FEA有限元分析模型中导入，在声学灵敏度分析之前要使用NASTRAN计算结构模型的模态参数。所分析的有限元模态频率要高于我们要得到的声学灵敏度的频率，一般是两倍，这样才能保证在Virtual Lab 分析中得到比较准确的结果。图1是车身结构模型
3.声学模型建立及处理
结构分析模型和结果输入之后要对模型进行预处理，为了顺利的建立声空腔模型，要把结构模型中声空腔四周的洞堵上，Virtual Lab-Structures-Cavity Meshing中有完备的工具可以帮助解决这个问题。
声腔周围的孔洞不用全部堵上，根据声腔单元的尺寸需要处理对应尺寸的孔洞就可以了，其它的工作由Virtual Lab来完成。建模过程中可以处理一部分之后尝试生成声腔模型，能成功生成满足分析需要的声腔模型就可以了。
汽车结构声学分析中椅子的处理是比较重要的一部分，在Virtual Lab中可以直接在建立声腔模型时指定椅子的表皮，作为声腔的内部边界，这样就可以得到分别放在不同集合中的椅子和车内声腔的模型，然后对不同区域赋予不同的材料属性，以便在分析中得到更加精确的结果。
声腔建模时另外一个关键部位是行李舱的声腔，对于不同的分析要求需要有不同的处理方法。车身的实际结构和分析的工况决定行李舱的建模和处理方式，对于衣帽架和后座椅完全将行李舱与乘客舱隔开的结构，应分开建模并避免乘客舱与行李舱声腔的耦合。下面图2是声腔模型。对已经建立的声腔模型进行声模态计算，得到声模态的结果供响应分析时使用。
图1 车身结构模型
在建立声空腔模型的基础上对流体模型进行预处理，在声腔与结构耦合的表面建立一层虚拟的假皮，在Virtual Lab中这一层表皮用来处理结构与流体之间的相互作用。
汽车车身上大量使用阻尼垫和吸音棉材料来降低乘客舱内的噪声，一个好的分析模型应该也尽量的模拟这些措施产生的作用。Virtual Lab中提供了添加声学属性的工具，通过添加声学属性，可以很方便的模拟常用的噪声控制措施，这里阻尼材料及饰件的结构特性在结构分析中也要给与相应的考虑。
4.边界条件及载荷
声学灵敏度的计算中需要计算声灵敏度的点为输入点一般只考虑XYZ三向力输入，模型中输入点为三向平移自由度，特殊情况下也包含XYZ三向力矩输入，模型中就要加入输入点的三向转动自由度。输出点是声压响应点或其他需要考虑的点，通常需要评估的是驾驶员右耳位置的声压。
载荷的施加是分析前的最后一项工作，在进行P/F计算时施加的是幅值为1N的白噪声力载荷。可以用Excel编一个表格倒入到模型载荷集中，或者添加一个可编辑的载荷集然后手工输入。
5.分析和结果后处理
插入一个振动声学响应分析，并设置对应的输入为前面已经建立的结构及声学模态结果和预处理（振动声学映射、向量转换等中间分析这里不做单独讨论）。求解振动声学响应分析即得到所求的声灵敏度，下面图2至5是计算得到的车身上副车架后安装点的声学灵敏度结果。 
图2 声腔模型
图3 X 方向声学灵敏度
图4 Y 方向声学灵敏度
图5 Z 方向声学灵敏度
从分析结果可以看出该点的声灵敏度在发动机激励的频率范围内有比较高的尖峰，需要在设计上作相应的修改，减少产生结构噪声的风险。(end)
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(2/26/2009) |
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