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Simcenter 3D 整车排气噪声分析

2020-04-02 15:23:53·  来源：Simcenter 3D Online  作者：张智渊  
　
汽车进排气系统的NVH性能设计是汽车NVH设计工作中的一部分。传统设计流程中，对于进排气系统主要是进行消声器传递损失、管口噪声、壳体辐射噪声等几个方面的分析
汽车进排气系统的NVH性能设计是汽车NVH设计工作中的一部分。传统设计流程中，对于进排气系统主要是进行消声器传递损失、管口噪声、壳体辐射噪声等几个方面的分析，这些问题可以采用一维或者三维（Virtual.Lab/Simcenter 3D）的方法进行分析（下图为Simcenter3D进行进排气系统NVH分析的相关案例）。
 
Simcenter 3D 消声器传递损失
 
Simcenter 3D 壳体辐射噪声和管口噪声
对于管口噪声传递到车内人耳处的分析一直都比较少，在此我们将整车排气噪声分析流程进行整理介绍。分析从排气管口传递到车内人耳处的噪声主要涉及三个部分的工作：
1-排气管口噪声源获取
2-整车外场噪声传播
3-外场声载荷下车内噪声响应
排气管口噪声源获取
关于噪声源的获取有仿真和测试两种方法。声源采用仿真的方法获取适用于动力总成还在设计阶段。测试方法获取需要有样车或者有搭载相同动力总成的样车。测试方法可以采用Simcenter Testlab TPA模块中声载荷识别的方法。通过排气管口近场声压和近场声传函识别管口噪声。声源识别的方法已经非常成熟，相关案例在此就不做展示。
 
声源载荷识别
整车外场噪声传播
整车外场噪声仿真由于其本身问题的特殊性将会遇到很大的挑战。其中包括：几何尺寸大、计算频率范围宽、计算频点多等。
对于单个车的整车外场噪声分析，可以采用声学有限元方法。首先有限元方法在对应同等规模模型的求解效率要比声学边界元高，因此对应此类外场问题研究较适用。同时声学有限元法中可以对内饰材料进行精确建模。Simcenter 3D中的声学有限元方法集成了声学有限元自动匹配边界层技术（FEM-AML），声学网格仅需为外凸网格，声学网格内外表面之间只需少数几层就可以满足声学仿真计算要求，可以大大减少声学有限元网格量。同时Simcenter 3D中集成了自适应阶次声学有限元求解器（FEMAO），相比传统声学有限元求解器和其他声学有限元求解器总体求解时间可以大大缩短。
 
FEMAO求解器与传统FEM声学有限元求解器效率对比
在进行外场计算时，假设车身表面为刚性面，因此问题就被简化为纯声学传播问题。通过加载管口噪声声源来计算车身表面的声压载荷。
 
Simcenter 3D 整车外声场计算模型及结果
下面是进行外场噪声分析试验和仿真对比的案例。分别从云图和曲线两个方面展示了采用仿真方法进行外声场计算的可信度。
 
整车外声场计算对比案例
外场声载荷下车内噪声响应
外场声载荷下车内噪声计算可以根据分析频率范围不同采用不同方法：中低频可以采用FEM有限元方法，中高频可以采用SEA统计能量方法。
采用有限元方法计算时，所需要建立的模型与传统进行车身NTF分析的模型一样，需要内饰车身和车内声腔。但和进行NTF分析不同的是：NTF分析加载的为集中力，声载荷响应计算时加载的为分布力，也就是整车车身表面都会有载荷加载。除此以外，之前NTF计算相关模型、经验和参数都可以参考和使用。
载荷加载是将前一步整车外场计算的结果加载在内饰车身上。在进行载荷加载时，由于车身表面节点比较多，因此所需要加载的载荷也比较多。在Simcenter 3D中集成的载荷映射功能可以支持超大规模的载荷加载，加载后的载荷文件不会写入内场噪声计算的dat文件中，而是会以二进制的SCH5文件格式关联到内场噪声求解文件中，大大缩短前处理的时间。
 
Simcenter 3D 有限元法内场噪声响应
采用统计能量方法进行分析求解时，最大的问题在于如何快速的将外场有限元分析的声载荷进行统计平均。Simcenter 3D中丰富的曲线后处理功能，可以快速实现窄带声压向1/3倍频程的转化，同时可以进行多个点各种方式的平均，快速获得统计能量分析所需载荷。
将载荷加载到Simcenter SEA+统计能量分析软件中即可以实现车内中高频响应分析。加载到的SEA模型与整车声学包分析模型类似，相关经验、模型和参数也可以借鉴。
 
Simcenter 3D 统计能量法内场噪声响应
下面是分布载荷下内声场计算对比案例。在低频范围内采用Simcenter Nastran声振耦合求解器求解结果（红色）与试验测试（黑色）结果对比一致性很好。
 
分布载荷下内声场计算对比案例
结束语：
采用仿真的手段，在整车中分析排气噪声并不是一个深奥的课题。相关方法如声学有限元、结构有限元、统计能量法都是比较成熟并且被大家所熟知的。如何将各个部分有机结合起来，高效的进行分析就显得十分重要，恰好Simcenter 3D可以帮助轻松实现。
如需相关软件操作的资料请联系: zhiyuan.zhang1@siemens.com
 
 
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