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MBD与声学解决方案：运动机构的噪声预测
2018-04-03 10:19:36· 来源：CAE部落
减少设计优质产品所需的开发时间和所耗资源，一直是一个重大的产业挑战。不同CAE技术的集成让我们朝这个目标向前迈进了一步。本文将讨论Adams与Actran，MSC软件公司的MBD与声学解决方案，如何组合并集成在一起，使MBD工程师在设计流程的早期洞察运动机构的声学行为具备可能。
减少设计优质产品所需的开发时间和所耗资源，一直是一个重大的产业挑战。不同CAE技术的集成让我们朝这个目标向前迈进了一步。本文将讨论Adams与Actran，MSC软件公司的MBD与声学解决方案，如何组合并集成在一起，使MBD工程师在设计流程的早期洞察运动机构的声学行为具备可能。同时，声学工程师还可以从声学结果的进一步后处理中得到更多有价值的信息。
多体动力学耦合声学分析
通常来说，预测出自诸如传输系统或变速箱这样的运动系统的噪声是很难的。如果没有准确地预测系统动态如何影响其噪声性能的能力，工程师们就没有一个有效的方 法来重新设计他们的系统，以提高声学性能。传统的工作流程涉及三个界面，多体动力学（MBD）工具，有限元分析（FEA）工具和声学软件。首先，工程师将 需要在MBD工具里执行动力学分析以获取齿轮壳表面的动态载荷，因为时域结果通常不能被声学软件直接读取，他们需要在频域下转换成完全的结构响应，然后， 他们将可以最终把表面振动读取到声学软件中，并用它作为边界条件。这个工作流程是相当费力的，每次有设计变更时都可能需要多个CAE工程师一起合作。
MSC 软件公司最近已经开发了一种新的方法，允许工程师在ADAMS界面进行建模，并在没有手动导出结果到声学软件进行噪声分析的情况下获取声学行为的初步结果 和印象。这种新工作流程大大减少了对诸如变速箱这样的运动机构进行声学分析的时间和成本，与传统方法相比，新方法使工程师对新系统的设计在同样的时间里能 做更多的迭代。
变速箱的实例
让我们考虑一个变速箱的例子：齿轮运动引起变速箱的振动，这种振动又会影响齿轮的物理行为从而引发强耦合问题。振动的变速箱也会将能量转换到周边流体以及将 能量转换成由其辐射的声波。同时，声波也会影响结构振动。然而，如果一方面多体动力学和结构仿真领域通常是强耦合的，并可以同时被求解，而另一方面，当考虑发生在空气中的声辐射时，从声波到结构的反馈又会被忽略。
要评估的声学响应，我们可以考虑在变速箱周围分布一些麦克风。在Adams模型中，变速箱外壳 被考虑成弹性体以捕捉其表面响应。变速箱的剩余部分（如齿轮、轴、轴承等）是刚性部件。建立Adams模型后，执行一个5s 动力学分析， 输入轴的转速从0到3000rpms 加大。从分析中，我们得到了每个组件的负载和接触力输出，以及每个系统部件的位移，速度和加速度输出。以下MBD仿真，仍然在ADAMS环境中进行，声学工具启动以建立诸如声学网格、无限元半径、声速、流体密度、输出格式、声环境（材料）等的声学分析参数。这个工具所做的事情，就是将MBD结果转换成的声 学模型所需的边界条件，并在后台使用新的Actran时域求解器执行声学分析。在Adams环境中进行声学仿真时，你可以到MBD后处理器中得到这个变速 箱壳体的一些声学结果，比如每个麦克风位置围绕麦克风的时域下的声压演化以及声音文件（.WAV）。
总结
CAE技术集成的先进性使开发时间和所耗资源减少。本文通过说明如何集成Adams和Actran提高CAE工程师的工作流程效率，提供了一个展示这些好处的例 子。具体而言，将多体动力学和声学时域分析集成到Adams环境，使MBD工程师进行产品的初步声学性能评价。得益于音频文件的生成，这些评价同时包括了 噪声质量的考察。最后，只有在最相关的案例中，才需要由声学工程师在Actran环境中执行高级的后处理。
多体动力学耦合声学分析
通常来说，预测出自诸如传输系统或变速箱这样的运动系统的噪声是很难的。如果没有准确地预测系统动态如何影响其噪声性能的能力，工程师们就没有一个有效的方 法来重新设计他们的系统，以提高声学性能。传统的工作流程涉及三个界面，多体动力学（MBD）工具，有限元分析（FEA）工具和声学软件。首先，工程师将 需要在MBD工具里执行动力学分析以获取齿轮壳表面的动态载荷，因为时域结果通常不能被声学软件直接读取，他们需要在频域下转换成完全的结构响应，然后， 他们将可以最终把表面振动读取到声学软件中，并用它作为边界条件。这个工作流程是相当费力的，每次有设计变更时都可能需要多个CAE工程师一起合作。
MSC 软件公司最近已经开发了一种新的方法，允许工程师在ADAMS界面进行建模，并在没有手动导出结果到声学软件进行噪声分析的情况下获取声学行为的初步结果 和印象。这种新工作流程大大减少了对诸如变速箱这样的运动机构进行声学分析的时间和成本，与传统方法相比，新方法使工程师对新系统的设计在同样的时间里能 做更多的迭代。
变速箱的实例
让我们考虑一个变速箱的例子：齿轮运动引起变速箱的振动，这种振动又会影响齿轮的物理行为从而引发强耦合问题。振动的变速箱也会将能量转换到周边流体以及将 能量转换成由其辐射的声波。同时，声波也会影响结构振动。然而，如果一方面多体动力学和结构仿真领域通常是强耦合的，并可以同时被求解，而另一方面，当考虑发生在空气中的声辐射时，从声波到结构的反馈又会被忽略。
要评估的声学响应，我们可以考虑在变速箱周围分布一些麦克风。在Adams模型中，变速箱外壳 被考虑成弹性体以捕捉其表面响应。变速箱的剩余部分（如齿轮、轴、轴承等）是刚性部件。建立Adams模型后，执行一个5s 动力学分析， 输入轴的转速从0到3000rpms 加大。从分析中，我们得到了每个组件的负载和接触力输出，以及每个系统部件的位移，速度和加速度输出。以下MBD仿真，仍然在ADAMS环境中进行，声学工具启动以建立诸如声学网格、无限元半径、声速、流体密度、输出格式、声环境（材料）等的声学分析参数。这个工具所做的事情，就是将MBD结果转换成的声 学模型所需的边界条件，并在后台使用新的Actran时域求解器执行声学分析。在Adams环境中进行声学仿真时，你可以到MBD后处理器中得到这个变速 箱壳体的一些声学结果，比如每个麦克风位置围绕麦克风的时域下的声压演化以及声音文件（.WAV）。
总结
CAE技术集成的先进性使开发时间和所耗资源减少。本文通过说明如何集成Adams和Actran提高CAE工程师的工作流程效率，提供了一个展示这些好处的例 子。具体而言，将多体动力学和声学时域分析集成到Adams环境，使MBD工程师进行产品的初步声学性能评价。得益于音频文件的生成，这些评价同时包括了 噪声质量的考察。最后，只有在最相关的案例中，才需要由声学工程师在Actran环境中执行高级的后处理。
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