对汽车内声场进行模拟的集成解决方案

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1、对汽车内声场进行模拟的集成解决方案作者：LMS任何内声场仿真的首要目的是确定汽车内部的声压级（SPL），判断其是否能满足设计规范的要求。另一目的是通过对车内声场的仿真分析，发现问题的根源，进而更改设计参数，最终达到优化设计的目标。根据客户的实际应用要求，LMSVirtual.Lab提供了三种内声场仿真方案。第一种方案为标准型解决方案。通过给出车内声压级清晰的指标，让用户判断是否满足设计目标，该方案同时也能提供车体上不同辐射面板的贡献量。第二种方案也称“增值方案”。拥有更多的细节分析能力，能提供更为详细的信息，使用户能够更精确地发现存在问题的区域，并更有效地进行微调设计。该方案利用基于

2、声学传递向量（ATVs）的声学边界元法或声学有限元法来完成上述任务。第三种方案也称“补充解决方案”，是一种更先进的声学仿真方案。在该方案中，多层吸声材料可以更精确地定义。随着计算频率范围的增加，精确模拟多层吸声材料更为重要。与Biot分析方法相比，更显出了它的优越性。因为3D实体有限元单元将把成千上万的自由度添加到分析计算中。LMSVirtual.Lab利用多层吸声材料的快速子结构技术不会把额外的自由度添加到计算模型中。对附于基础结构上的多层吸声材料性能仿真几乎不必花费额外的代价。基于直接耦合法的声压级分析直接耦合是一种快速简易的方法，可以使用目前市场上任何一款Nastran求解器求

3、解，各个步骤如图1所示。图1求解步骤模型设定所需的时间很短，大约只需20min，这主要得益于整个装配过程的自动化。该过程可以直接耦合不兼容的声学和结构两种网格，所以可以直接使用集成于Nastran求解器中的振动噪声解决方案。1．结构网格结构网格的细节是由用户感兴趣的频率范围所决定的。如果用户只对低频感兴趣，例如低于100Hz，那么就不需要模拟内部装饰面板的全部细节，用一个集中质量代替就足够了。2．声腔网格为了分析内部噪声，车内声腔需要定义和划分网格。对任何有限元分析，建立正确和真实的模型都很重要。内部划分网格，结构振动才能通过声腔网格的外层传递到声腔内部。LMSVirtual.Lab

4、提供了方便的工具，可以直接从结构模型生成声腔网格，并确保两种网格紧密相邻。网格生成算法可以处理尖角和圆滑特征、座椅和脚踏，并可以自动检测声腔外层上的网格。这些方便的工具可以使用户在几小时内生成精确和有效的网格。内部组件的特征是随频率变化的，这些内部组件的模拟可有多种方法：如座椅可以用3D单元来模拟所占空间的吸声特性，也可以用2D单元来模拟表面的吸声特性，其中的区别是3D单元会影响模态，而座椅表面的2D单元被作为刚性墙处理（见图2）。图2包括座椅的实体有限元腔体网格3．结构——声学装配当完成对结构和声腔的网格划分后，接下来需要区分哪一部分是结构网格，哪一部分是声腔网格，这可以通过对材料

5、特征的定义加以区别，例如定义声腔材料的空气属性。接下来需要定义两种网格的连接关系，如果结构网格和声腔网格不兼容，这时就需要一种网格映射工具（见图3）。图3使用网格映射工具将三种网格连接起来4．网格映射网格映射是处理不兼容的结构网格和声学网格连接的自动过程。运用该方法时可以灵活修改网格映射操作过程中的任何一个参数。通过修改参数操作可以更好地理解操作过程。在Virtual.Labstarts里，该方法可以自动创建主要声腔的外层，并且使声腔外层上的指定节点与结构网格上的“X”个节点连接。软件提供了完整的预置参数，也可以通过设定搜索距离“Y”，程序将自动生成关于声腔外层上的这个指定节点与结构

6、网格上在搜索距离“Y”之内的“X”个节点之间的网格映射矩阵。与这个声学节点连接的结构上的所有节点称为“湿面节点”。Virtual.Lab预定义里设置了4个节点和10mm，一般情况下足以创建良好的耦合关系。Virtual.Lab里还可以生成结构和声腔外层网格节点间最大与最小距离的图示。5．Nastran强迫响应分析使用Nastran，客户可以进行耦合模态（Nastran103）计算，也可以进行强迫响应计算。当在Nastran进行强迫响应计算时，在Virtual.Lab里必须定义为声振耦合分析。如果已经定义了声学和结构网格，软件会自动处理两者间的链接关系，客户只需要定义输入载荷和结果输出

7、的点即可。载荷可以是直接测试的数据或来自于excel表，可以通过节点号或节点坐标（在搜索容差范围内最近的点）确定施加载荷的点，在Virtual.Lab里给结构施加载荷非常灵活自如。另外还需要确定Nastran结果输出形式，在Virtual.Lab里支持NASTRANSOL103、107等。用声学传递向量技术（ATV）的设计迭代该方案能使工程师发现问题，细化、改进结构设计，可对分析结果做更多细节分析。该方案能提供大量的分析数据，可快速有效地重新计算，实现优化