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基于自动化脚本及有限元建模的隔声优化设计
2018-07-20 23:31:51· 来源：MSC软件
其中S是试件在发声室一侧的声波接触面积，A是受声室的等效吸声量。
分别选取了四种仿真计算方法/软件：有限元FEM方法（Actran软件）、有限元FEM方法（Nastran软件）、边界元BEM方法（某软件）、统计能量SEA方法来进行仿真建模和计算。在仿真模型中，要模拟发声混响室中的扩散声场激励以及受声室中结构透声的半自由声辐射（试件墙对声辐射是一个反射面）。
图 7即本例的研究对象。前围板由钣金件、外层泡沫、防撞板、内层泡沫、重层及棉纤维无纺布覆盖构成。
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图 7前围板结构示意图
Nastran中模拟泡沫模型、防撞板、重层和棉纤维无纺布的声振特性时，需要依赖于Nastran PEM模块。Nastran PEM采用Actran的弹性多孔材料求解技术，是Nastran中专门用来进行多孔弹性材料声振性能模拟的模块。对多孔弹性材料进行精确建模，不仅考虑在材料孔隙中的空气传声、损耗以及多孔材料骨架结构上的固体传声，还考虑了声波在孔隙和结构之间传递的相互作用，见图 8。由此也可以看出，Actran对于多孔弹性材料的模拟技术全方面的考虑了多孔材料作为有形结构体的振动特性，同时还考虑了孔隙当中的声传播特性。为了验证Nastran PEM和Actran计算结果的一致性，本案例中分别进行了在Nastran PEM中的计算和Actran中的计算。
图 8多孔弹性材料传声示意图
模拟结果与实验的对比如图 9所示。各种方法均在600Hz以上与实验测试结果吻合度很好，并且呈现出每倍频程增加6dB的趋势，可见由600Hz到2000Hz是质量控制区。在600Hz以下的频率段，各种方法计算结果相差较大。其中Actran与Nastran PEM相似度非常高，并且与实验结果也更贴合。而SEA方法以及BEM方法对于此类复合板件隔声问题与实验数据在低频段偏离较大。
图 9各种方法结果对比
大众汽车前围板隔声量仿真的案例说明了仿真计算方法在评估结构透声问题上是可行且准确的。如果能够结合优化程序，可以进一步提高结构的隔声性能，并且达到减重、降成本的目的。下面案例即采用Actran内置的优化算法NLOpt进行板件隔声量自动优化。
分别选取了四种仿真计算方法/软件：有限元FEM方法（Actran软件）、有限元FEM方法（Nastran软件）、边界元BEM方法（某软件）、统计能量SEA方法来进行仿真建模和计算。在仿真模型中，要模拟发声混响室中的扩散声场激励以及受声室中结构透声的半自由声辐射（试件墙对声辐射是一个反射面）。
图 7即本例的研究对象。前围板由钣金件、外层泡沫、防撞板、内层泡沫、重层及棉纤维无纺布覆盖构成。
图 7前围板结构示意图
Nastran中模拟泡沫模型、防撞板、重层和棉纤维无纺布的声振特性时，需要依赖于Nastran PEM模块。Nastran PEM采用Actran的弹性多孔材料求解技术，是Nastran中专门用来进行多孔弹性材料声振性能模拟的模块。对多孔弹性材料进行精确建模，不仅考虑在材料孔隙中的空气传声、损耗以及多孔材料骨架结构上的固体传声，还考虑了声波在孔隙和结构之间传递的相互作用，见图 8。由此也可以看出，Actran对于多孔弹性材料的模拟技术全方面的考虑了多孔材料作为有形结构体的振动特性，同时还考虑了孔隙当中的声传播特性。为了验证Nastran PEM和Actran计算结果的一致性，本案例中分别进行了在Nastran PEM中的计算和Actran中的计算。
图 8多孔弹性材料传声示意图
模拟结果与实验的对比如图 9所示。各种方法均在600Hz以上与实验测试结果吻合度很好，并且呈现出每倍频程增加6dB的趋势，可见由600Hz到2000Hz是质量控制区。在600Hz以下的频率段，各种方法计算结果相差较大。其中Actran与Nastran PEM相似度非常高，并且与实验结果也更贴合。而SEA方法以及BEM方法对于此类复合板件隔声问题与实验数据在低频段偏离较大。
图 9各种方法结果对比
大众汽车前围板隔声量仿真的案例说明了仿真计算方法在评估结构透声问题上是可行且准确的。如果能够结合优化程序，可以进一步提高结构的隔声性能，并且达到减重、降成本的目的。下面案例即采用Actran内置的优化算法NLOpt进行板件隔声量自动优化。
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