简单介绍内饰车身(TB)声振灵敏度分析过程

今天，小编要给大家分享的是如何使用Hypermesh 与 Nastran对内饰车身模型进行声振灵敏度分析，以及如何使用Hypergraph对分析结果进行后处理。

分析模型搭建

因为本次分析为声振灵敏度分析（NTF），所以这次分析除了需要建立一个内饰车身网格模型外，还需要建立一个声腔网格模型，这样车身结构的振动才能通过向声腔辐射声波。详细的模型搭建过程在这里就不详细说了，主要给大家讲讲一些建模时需要注意的点：

内饰车身建模

导入CATIA 内饰车身CAD模型进到Hypermesh界面，对板件进行抽中面处理，然后对中面进行几何修整，最后把其划分shell片体网格；同理，对于3D实体，模型修整后划分成solid实体网格；

注意划分网格时，每个部件需要单独放在一个component（部件）里，便于前期不同材料属性的赋予以及后期做结构优化时替换或更改；

把同一个总成里面的所有部件放到一个assembly（装配体）里面，便于模型的操作，这些都是做好分析工作的良好习惯；

车门与车身，窗玻璃与门框之间有密封条连接，密封条的模拟主流有以下几种方法，如下表所示为5家不同的主机厂密封条创建方式（具体刚度数值还与实际的密封条材料有关）：



机舱盖，车门，背门铰链用刚性单元连接的时候要释放转动自由度；
车门锁与车身的连接也要通过CBUSH+RBE2连接，模拟门锁刚度；
缓冲块stopper需要通过CBUSH+RBE2连接，模拟阻尼刚度；
有传动关系的部件（方向盘转向系统，传动轴等）需要通过MPC连接进行运动关联；
车身内饰件，附件，质量块等不需要重点考察的部件通过质心mass+rbe2+rbe3来定义即可；
其它部件像线束，地毯，前围毯，顶棚隔音棉等等，可用非结构质量NSM分布到车身上进行模拟。

声腔建模

通过Hypermesh中Acoustic Cavity Mesh功能创建声腔模型，声腔的材料卡片要改为流体材料MAT10，设置定义空气密度与声速即可，对于单元属性property中，积分形式ISOP改成全积分FULL，FCTN选择PFLUID即可；

同理，画出车内座椅的网格模型，由于座椅内部为松散的海绵等材料，里面填充着大量的空气，所以我们同样把座椅材料定义为流体材料MAT10，定义密度比空气的密度高一个数量级即可，其余设置保持与声腔一致；

在NTF分析中，声腔单元与车身结构单元需要进行流固耦合，固需要把声腔模型单元的节点设成 CD=-1，使软件能识别出流固耦合节点；

其余的简单连接在这里就不详细说了，想知道更多的，读者可以后台留言，我懂的，我都会告诉你们。

经过细心耐心的车身建模工作后，你将会得到以下两个模型，内饰车身与声腔网格模型。到这里，内饰车身的网格建模工作就到此为止了。


内饰车身网格（左） 声腔网格（右）

NTF分析边界条件
设置模态提取范围

创建load collector选择控制卡片EIGRL，起名为 "eigrl" 设置提取的模态频率范围为5~525Hz.


load collector - eigrl

由于本次NTF分析需要求解出350HZ以内的噪音响应结果，所以为了比较准确地计算出响应结果，提取模态范围需要大约350*1.5=525Hz. 这是因为按照模态理论，结构响应是所有振型按特定比例叠加而来，如果模态截止频率偏低，会导致高阶模态结果的缺失，响应结果将会失真。然后，对于内饰车身来说，高于求解频率1.5倍以上的模态对结构响应影响较小，适当忽略高频模态，可以在保证精度的同时，有效提高计算求解速度。

定义激励点位置

选择控制卡DAREA来定义激励点的位置，下面详细说其中一个激励点（前副车架前安装点节点号为1002）的设置：


前副车架前安装点

创建一个新load collector名为 “D1002” 点击Hypermesh右下方中的Analysis > Constraints >进到如下界面，点击nodes选择前副车架前安装点（节点号：1002）然后返回，更改loadtypes为DAREA，勾选dof3选择激励的方向为整车Z向，激励力的比例大小为1，点击Creat创建，设置如下：


按上述方法把以下27个需要考察的激励点，每个激励点X, Y, Z三个方向都需要设置完成，共27*3=81个激励，记住81个激励点要分别单独放在一个load collector 里面。


激励点位置信息

设置完成后，在每个激励点上都是出现一个三角形，如下图所示：


激励点示意图

看到这里，大家是不是觉得设置的81个点太多，重复劳动量太大，一脸懵逼了吧？好吧，其实有简便的方法能迅速完成这些重复的操作，后面我会和大家分享这个稍微高级的方法，在这一步大家主要是要了解每一设置步骤的具体意义。

设置激励力频率曲线
上一步我们设置了激励点位置，与激励力比例大小，这一步需要设置激励力大小关于频率变化的曲线，点击图示 load collector，


load collector快捷键

进入界面选择card image=TABLED1，起一个名字 “fre_range”，点击create/edit进入如下界面，TABLED1_NUM设为2，XAXIS与YAXIS均选择LINEAR，表示线性关系，输入x1=0,y1=0; x2=350, y2=1（描述在0~350HZ内，激励力大小为1的水平直线）。



激励力频率曲线设置

设置激励载荷

上面步骤我们通过DEARE设置了激励点位置与方向信息，通过TABLED1设置了激励力关于频率变化的曲线，这一步我们需要把这两个设置好的要素放进去RLOAD1卡片中，完成单激励载荷定义。同样点击load collector选择card image为RLOAD1，取一个名字 "R1002" 点击create/edit进入设置界面。


创建RLOAD1

点击EXCITED在弹出的窗口中选择事先创建的 “D1002”，指定激励点位置；点击TC在弹出的窗口中选择“fre_range"，指定激励力频率曲线，其余设置如下，然后点击return退出。到这里，单个激励载荷RLOAD1已经创建好了。按同样的方法将其余的80个单激励载荷RLOAD创建出来。


单激励载荷RLOAD1设置

上面讲到的RLOAD1是单个载荷，现在我们要创建一个新的load collector，选择card image 为DLOAD，取个名字 "L1002"，点击create/edit进入如下设置界面，点击L(1)，然后选择刚刚创建的 "R1002"，表示把单个激励载荷放进激励集合L1002里面，然后在S与S1中输入1（S=n，表示该激励力集合以大小为n倍输入到激励点，S1=n表示单个激励R1002以n倍的大小放进集合里面，n 表示载荷比例），对于一些在同一个工况下需要同时多个载荷共同作用的情况，我们可以在DLOAD_NUM中输入需要的载荷数目，即可同时设置多个载荷以及各载荷的比例大小，本次分析一个工况只需一个激励载荷，所以DLOAD_NUM设为 1. 到这里，完整的激励载荷就创建完成了。最后，按同样的方法将其余的80个激励载荷集合DLOAD创建出来。



载荷集合DLOAD的设置

求解频率范围设置
最后，需要设置计算求解响应的频率范围，在定义模态提取频率的时候有提到，所以本次计算响应的频率范围为 25~350HZ. 创建load collector，选择card image为FREQi，取名字为 "fre1002"，点击create/edit进入设置界面。勾选FREQ1，NUMBER_OF_FREQ1=1；设置F1 = 25, DF = 1, NDF = 325（表示计算响应结果的初始频率为25HZ，每隔1HZ提取一个结果，共325步）。



求解响应频率范围设置

结构阻尼的设置
创建load collector，选择card image为TABDMP1，取名"sdamping"，点击create/edit进入设置界面，定义结构阻尼曲线，详细设置如下图：



结构阻尼设置

流体阻尼的设置

以同样的方式创建流体阻尼，起名为 "fdamping"，点击create/edit进入设置阻尼曲线界面，详细设置如下所示：


流体阻尼设置

响应测量设置

NTF分析中，主要需要考察的地方为驾驶员与乘客人耳处的附近的噪音情况，所以需要在这些位置上建立响应结果测量点。具体步骤为创建一个set集合，命名为 "respond"，点击Entity IDs选择声腔上3个人耳处附近的node（在蓝色的网格中各选一个），然后返回。响应测量点就设置完成了。


响应点set设置


响应点位置

到这里为止，所有的边界条件已经设置完成了。

工况步设置

在这里，我们同样以前副车前安装点1002作为详细说明的例子。点击Hypermesh右下方点击Analysis选择loadsteps进入工况设置界面，起名为case1002，选择type为fre.resp(mode)，表示以模态法计算的频率响应，勾选DLOAD选择“L1002”，勾选METHOD(STRUCT)与METHOD(FLUID)选择“eigrl”，勾选FREQ选择“fre1002”，勾选SDAMPIN(STRUCT)选择“sdamping”，勾选SDAMPING(FLUID)选择“fdamping”，点击create创建然后返回。这样，第一个工况步就设置好了。按照同样的步骤，把剩余的80个工况对应设置一遍，所有的工况设置就完成了。


工况设置loadsteps

控制卡设置

在Hypermesh右下方点击Analysis选择control cards进入设置界面，图示标绿都是需要设置的内容，分别点击SOL,PARAM, ACMODL, CASE_UNSUPPORTED_CARDS, GLOBAL_OUTPUT_REQUEST进行设置，详细设置如下图所示，设置完成点击return返回。


SOL设置


PARAM设置

AUTOSPC YES - 自动约束不相关自由度
COUPMASS =1 启动耦合质量计算
PREFDB = 2.E-11 参考声压


流固耦合 - ACMODL设置
INTER 流固耦合面检测方式
FSET 耦合流体面（需要用set建立，然后被引用）
SSET 耦合结构面（需要用set建立，然后被引用）
NORMAL 耦合关系检测距离


case_unsupported_cards设置


global_output_request设置
在SETID中选择创建的测量点 "respond"，表示输出该测量点的响应结果
注意在Nastran中，声压响应结果的输出为：displacement的 X 向

设置完成后，点击返回，然后导出BDF计算文件，提交NASTRAN计算。

分析结果后处理

计算完成后，会有一个 .pch 后缀的结果文件，该计算结果为 "respond" 测量点处的声压值(dB)，为了便于声压结果的考察，我们一般采用声压级来表示，声压与声压级有以下关系：

声压级 = 20log(声压 / 2e-11)

使用Hypergraph打开.pch结果文件，对数据手动处理一下，把声压转化成声压级数据，即可以得到下面NTF灵敏度曲线分析结果，横坐标是频率值(Hz)，纵坐标是声压级(dB)。该曲线图表示单位力载荷激励下，车内人耳处的噪音响应，三幅图从左到右分别是单位力在前副车架前安装点1002的X, Y, Z三个方向激励下车内人耳处的噪音响应；一个图上每一条曲线表示车内 "respond" 上三个不同位置的噪音响应结果。对于本款车型，前排座椅人耳处，噪音级要低于55dB；后排座椅，噪音级要低于58dB.


NTF灵敏度曲线