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汽车NVH分析中如何优化传涵的响应？

2021-03-01 10:32:37·  来源：误入CAE的程序员  作者：朱淑强  
　
优化的数学模型一般由设计变量、目标函数和约束条件三部分组成，可以写成以下的统一形式： 所以，归属于有限元结构的相关优化中，需要设置以下的一些内容： 设计变量——数学模型中的变量x。有限元模型中常见的变量有材料弹性模量，尺寸厚度等 目标函数——数
优化的数学模型一般由设计变量、目标函数和约束条件三部分组成，可以写成以下的统一形式：
所以，归属于有限元结构的相关优化中，需要设置以下的一些内容：
  • 设计变量——数学模型中的变量x。有限元模型中常见的变量有材料弹性模量，尺寸厚度等
  • 目标函数——数学模型中的f(x)。有限元模型中的目标函数使用较多的还是质量，其次体积百分比也有较多应用。
  • 约束条件——数学模型中的g_u和h_v函数。有限元模型中一般为某单元应力的大小，某节点的位移大小，某结构节点的加速度的大小以及某声腔节点的声压大小。
在有限元仿真的实际案例优化中，约束目标和约束条件实际上是可以互换的，这样做的先决条件取决于你想要达成什么样的目标，想看到什么样的优化结果，需要具体问题具体来分析。
 
回望汽车的NVH性能分析工况，大部分的工况本质上是一种频响分析，其结果均为*.pch文件，即横坐标为频率、纵坐标为赋值的结果类型，对汽车的NVH性能优化实际上可以看做是对响应结果曲线的某个或者某几个峰值的优化。下面以一个简单的NTF传递函数来简略说明优化的一般设置。
如下图所示，为某传涵的结果，结果中可见，在大约32Hz时候，NTF传涵具有明显峰值，峰值约68dB，超过目标值58dB。下面需要对该峰值进行优化。
step1：定义优化变量
优化的不同类型，选择变量是不同的。优化分为拓扑优化、形貌优化、自由尺寸优化和尺寸优化。以尺寸优化为例，变量一般主要优化的是零件厚度，使用Analysis-optimization-gauge一次性定义多个零件的厚度变量范围：
step2：定义优化分析中的响应
优化分析中需要定义两个重要的响应类型：约束和优化目标，这两者均需要提取优化分析中的响应来实现。响应的定义均可以通过OptiStruct提供的响应卡片DRESP1、DRESP2、DRESP3来实现。
首先，定义全局质量响应：
DRESP1 1 R1_mass MASS

其次，定义传涵本身的响应：

例如，提取传涵中响应点90004001在30Hz频响分析中压强幅值的响应
DRESP1 10001 R1_10001 FRPRES M-PRES 30.90004001

由于DRESP1提取的是该点的声压响应，需要转化为无量纲的单位dB，这里使用DRESP2和DEQATAN卡片来进行响应的转换：

DRESP2 20001 R2_20001 300+ DRESP1L 10001 3DEQATN 300 f0(x1)=20*log10(x1/2.0e-11);

本例中，由于峰值频率为32Hz，所以可以对27-40Hz范围内的频率分别设置DRESP1和DRESP2的响应卡片，提取这个频率段的频响结果值。

step3：定义约束
使用卡片DCONSTR来定义单个频率点的约束，例如约束30Hz的曲线结果不能超过58dB：
DConSTR 30001 20001 58.

然后用卡片DCONADD将这些约束卡片组装成一个整体，一遍调用。step4：定义优化目标

一般取前面定义的质量响应作为优化目标：
DESOBJ(MIN) = 1

但一般来讲，质量的约束目标和传涵的约束两者之间是可以相互转换的，这样获取的结果的意义也是不一样的，关键看本次优化的目的是什么。

以上给出了基于OptiStruct设置传涵优化的一般步骤，更加复杂的整车工况，例如idle/WOT/roadnoise可以大致参考，但卡片的设置会稍微复杂，但主要设置的思想是不变的，hm端界面操作设置可能比较复杂繁琐，但可以考虑实现程序自动化，像笔者就写了一个程序来实现，非常简单。
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