NVH仿真教程分析：基于板件贡献量的噪音传递函数NTF优化

目录

摘要
车内噪音产生机理
噪音峰值解决思路
板件贡献量PFPANEL简介
分析设置教程
结果分析

摘要

当我们在计算整车噪音传递函数NTF的时候，难免会出现在某段频率下局部噪音响应峰值大于目标值的情况，这时候我们该如何对响应结果进行优化，降低其峰值呢？本次分享就围绕这个问题给大家讲讲具体的优化思路。

车内噪音产生机理
从激励的来源分类，我们可以把激励分为两类：噪声源与振动源：
噪声源包括发动机噪音，底盘噪音以及行驶时流过车身的气流噪音，这类声源所辐射的噪音一方面通过车身壁板以及门窗上所有的孔，缝直接传入车内；另一方面噪音作用到车身壁板，将会激励壁板的振动。共同向车内辐射噪音[1]。
振动源主要指发动机，传动系统，排气系统工作所产生的振动以及汽车行驶时路面激励所产生的振动，这些振动激励通过发动机悬置，车架安装点，排气挂钩等安装点传递到车身引起车身板件的振动。

每一块板件的振动都会对壁板临近的空气产生压迫作用，压迫作用相互矢量叠加向车内辐射噪音，将使车内部声压产生变化，反过来，变化的声压同样会压迫车身，激励车身壁板的振动。这样一来，车内的空腔与车身内部就成为了相互作用的流固耦合系统。

噪音峰值解决思路
一般在实际工程上，对于主方向的单位激励，驾驶员右耳侧声压级响应要求不高于55dB，次方向声压级响应要求不高于60dB（参考声压为2e-5 Pa），下面我们直接给出某一车型在发动机后侧悬置单位激励下，驾驶员右耳侧噪音响应传递函数曲线，如下图所示，从图我们可以看出，大约在激励频等于105Hz 的时候，Y向Z向响应曲线均高于60dB界线，如这些噪音峰值在NTF曲线优化过程中是需要注意的。



从上面噪音产生机理的介绍中我们知道，车内噪音产生的原因主要是由于车身各个板件的振动对临近的空气产生压迫作用导致的，所以为了降低车内噪音峰值，思路可以简单归纳如下：
获取车身各个板件对车内某一处声压的贡献量（贡献量有正有负）；
对贡献量幅值大的对应板件部位进行结构优化，通过调整板件局部刚度（通过加支撑，加焊点，粘胶，起筋，起台阶等），添加加阻尼板等手段抑制其振动；
由于车内板件辐射的噪音是相互叠加在一起的，贡献量有正有负，所以噪音峰值优化过程不单单是把幅值大的贡献量降低，更多的要考虑把正负贡献量之间相互叠加抵消的问题（下文会有介绍）。

那么，我们怎么样来获取关于板件贡献量的数据呢？其实在Nastran里，我们可以在计算噪音传递函数NTF的时候，在计算文件中通过直接添加“PFPANEL”关键字来获取板件贡献量的数据。

板件贡献量PFPANEL简介



下面我们来讲解一下“PFPANEL”关键字的用法，如上图Format所示，PFPANEL的使用格式如下，带下划线的选项都是默认输出，如不做修改，软件即按默认选项进行设置。值得注意的是Format中PANEL = {ALL/step}的选项，这个选项表示需要提取贡献量的板件集合ID号，即需要提取哪些板件的贡献量，言下之意，我们需要在提取贡献量之前先定义提取哪些板件PANEL；还有，SOLOTION={ALL/step/NONE} 选项表示需要提取哪些频率范围的板件贡献量结果；而Fornat最末端的={setdof/NONE}即表示板件贡献量输出参考点（即关于哪一点声压响应的板件贡献量）。

图上例子Example中：
set 10 = 10. , 12. 表示定义实数set，在这里表示提取贡献量对应的频率值；
set 20 = 1222, 1223 表示节点set，在这里定义声压响应点（注意两个set格式的区别，实数set是有小数点的）；
最后一句代码表示：提取板件贡献量PFPANEL，提取对应的频率为10Hz, 12Hz，贡献量低于0.01的结果滤掉不输出，按照ABSD方式对输出结果进行排序，贡献量输出的参考点为节点1222与1223.

分析设置教程
首先第一步我们需要在hypermesh中对板件进行分类划分。把计算NTF的内饰车身模型导入到hypermesh中，把与声腔相互耦合的板件单独显示出来，如下图所示。


整车CAE模型


与声腔相互耦合的板件

第二步，比如说，我们想了解与声腔网格接触到的前后门内板，前后门玻璃，顶棚，地板以及前围板件的贡献量，需要先使用set1对这些板件进行定义。把hypermesh切换到nastran模板，点击analysis中的entity sets按钮，如下图所示：



接下来，进入下图设置，命名为f-g-1（front glass1，表示前挡风玻璃1）；card image选择set1；点击element，然后选择前档风玻璃上一半的单元，然后点击create创建其中一个板件set1. 按同样的方式把前档风玻璃另一半的单元选上创建一个命名为f-g-2的set1.



到目前为止，我们已经建立了两个板件set1了，各表示前档风玻璃板件的一半。读者可能会问为什么不一次性用一个set1来建立前档风玻璃，而要分开两次，这是因为我们还需要按照上述的方式来建立其他板件（前后门内板，地板，顶棚等你感兴趣的板件）set1，为了保证板件与板件之间有较好的的对比性，我们需要把每个板件都分割成面积大小差不多的小板件，然后每个小板件单独建立set1，才能比较客观的比较哪一个部位贡献量大，哪一个部位贡献少。当然这一步中呢，每个板件分的越小越好，但是也没必要搞得那么细，太细的我们后面有节点贡献量可以更加直接的描述贡献情况。这里还要注意一下的是，这里的命名比较特殊，不能超过8个字符，不然超过8字节的部分会被系统抹去。

假设我们按照上面的方式已经把我们感兴趣的与声腔耦合的板件通过分割用set1全部单独建立出来了，就可以进行下一步了；

第三步，我们需要把刚刚我们建立的所有小板件的set1统一起来，使得nastran在求解过程中能够检索到，在这里我们就是要建立在PANEL简介中提到的panel。同样点击analysis中的entitysets，命名为all-p（所有板件），这时候把card image改选成PANEL，点击sets然后勾选上面我们建立的所有小板件set1，点击create建立。



到这里，模型的设置就完成了，接下来，我们打开计算NTF的计算文件.dat，然后在case control cards部分中添加以下两段代码，就可以在计算NTF传函的时候同时计算板件贡献量了，如下图所示：
SET 200 = 30000001 表示噪音响应点（板件贡献量参考点）
PFPANEL(SOLUTION = ALL) = 200（ALL表示求解NTF全频段贡献量）
详细设置参考PFPANLE简绍，不设置的为默认值



最后把添加代码的NTF计算文件.dat文件保存，与模型.bdf放在同一个文件夹，提交计算。

结果分析
因为板件贡献量计算结果默认输出到.f06文件上，所以计算完成后打开结果文件.f06，找到ACOUSTIC PANLE PARTICIPATION FACTORS数据块，该数据块就是求解得到的板件贡献量数据。
第二行的GRID POINT =30000001表示计算贡献量参考点；
LOAD FREQUENCY = 2.0E+01表示此时的加载频率为20Hz，下一组组数据加载频率为21Hz（加载频率的范围与步长取决于NTF设置求解频率范围freq）；
PANLE NAME 就是我们之前设置的板件set1命名，本次为了方便只简单计算8组板件（为了给大家做简单的介绍，本次板件命名没有如前面的f-g-1那么复杂，而简单命名为AA,BB,CC,DD,EE,FF,GG,HH）；
PANNEL RESPonSE – MAGNITUDE 表示每个板件贡献量幅值；
PANEL FRACTION 表示每个板件贡献量百分比。



回到我们最初的问题，如果我们计算的NTF出现了局部峰值超过目标值该怎么办呢？其实思路很简单：

找到NTF曲线出现峰值时对应的频率，假设峰值对应的频率为20Hz；
找到20Hz对应的板件贡献量数据块（如上图所示）；
查看对应的板件贡献量比（PANELFRACTION）。数值绝对值的大小表示贡献量的大小，正数表示正贡献，负数表示负贡献，正负贡献量可以相互抵消，表现出的物理意义是对应的板件对参考点处的声压贡献相互叠加抵消。所以说，有些板件贡献量虽然很大，但它们之间可能会出现相互叠加的情况（例上图PANEL FRACTION中的两组数据 9.34E-1 与 -9.42E-1），这时如果我们通过结构优化一味的降低某一块板件的贡献量，NTF峰值曲线可能不但没有改善还会恶化，所以大家在优化对应板件的时候要多一份思考。