汽车噪声模拟案例-ppt课件

1、Copyright Free Field TechnologiesFFT-ACTRANFFT-ACTRANACTRANACTRAN在汽车工业的应用在汽车工业的应用2Copyright Free Field TechnologiesFree Field Technologies 2019，由Jean-Pierre Coyette教授、Jean-Louis Migeot教授创立 总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部 2019-2019，雷诺, 标志, 菲亚特, 通用汽车, 空中客车, 壳牌石油, 德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件专业

2、的声学仿真工具（ Actran/Acoustics ）:振动声学 (Actran/Vibro Acoustics, Actran for Nastran)流动声学 (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics)前后处理器 (Actran/VI)效劳: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。3Copyright Free Field TechnologiesLocations4Copyright Free Field Technologi

3、esSome Automotive Customers5Copyright Free Field TechnologiesThe ACTRAN software suiteACTRAN Vibro-AcousticsACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRAN6Copyright Free Field TechnologiesACTRAN Acoustics 声学仿真工具 声学有限元/无限元 声源: 点声源, 平面波, 管道模态, 结构振动 非均质流体(密度和温度梯度) 精

4、确模拟管道声学问题的边界条件(解析解) 更多的功能: 传递矩阵法, 不匹配网格, 特殊单元类型 典型应用 管道中声传播, 障碍物衍射 振动结构辐射噪声 高性能求解器，并行技术Exhaust MufflerDiffraction w/ flowPowertrain Radiation7Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VibroAcoustics 振动声学仿真工具 Actran/Acoustics + a standard structural solver 结构与声学的求解完全耦合 丰富的有限单元与材料库: 声学有限元与无限元 粘弹性梁单元、壳单元

5、与实体单元 复合材料单元、薄壳单元，允许考虑预应力作用 (*) 多孔与多孔弹性单元 压电材料单元，支持换能器、声纳与噪声主动控制模拟 (*) 真实的激励方式: 声学，运动学与动态激励 随机激励：湍流边界层、扩散声场、相关激励，得到平均值、标准偏差、包络等LoudspeakerSide window transmissionMuffler Radiation8Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics 宽带流致噪声仿真工具 特性： 支持大多数的CFD软件，并经过大量实验验证； Lightill 声类比、Mhring 声类比； 在有限

6、元网格上可以定义边界条件： 任何边界条件都可使用 ! 这是与其他处理方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的区别！ 可以与VibroAcoustics联合计算 客户：Daimler, BMW, VW, Delphi, Visteon, John Deere, Brothers, PSA.风扇噪声空调管道与实验结果比较9Copyright Free Field TechnologiesACTRAN TM 唯一模拟航空发动机以及其他涡轮机械噪声的工具 特性： 以管道模态方式定义声学激励 非均质背景流下声音的传播 精确模拟声衬 客户: Airbus, Rolls-Royce, SNE

7、CMA, General Electric, MTU, Honeywell, Liebherr, Turbomeca, Aermacchi, . Aermacchi Airbus Airbus10Copyright Free Field TechnologiesACTRAN for NASTRAN/ANSYS 从白车身到添加内饰材料整车模型的声学仿真工具 应用于分阶段的研发进程 满足计算精确性要求的同时，极大地提高求解速度 与 Nastran 完全兼容，支持超单元应用 客户: Ford, Nissan, Rieter, .Trim is everywhereSuperlement coupli

8、ngFrom BIW to trimmed body11Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VI ACTRAN各模块的前后处理器 利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型 提供脚本化语言编辑功能 方便快捷的后处理功能 云图、频谱曲线、瀑布图、指向性曲线 自动计算全局量 从云图结果提取场点响应 Plt2audio：将频谱曲线转换为声音文件Model creation and validationAdvanced post-processingFRF Display Tool12Copyright Free Field Technologi

9、es目录目录 PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟 PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射 PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析 PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析 PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析 PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析 PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析 PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声 PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟 PROBL

10、EM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9:

11、PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声14Copyright Free Field Technologies风噪声模拟主要因素风噪声模拟主要因素 物理模型 构造、流体与结构耦合 车身、内饰材料 风挡多层结构 材料属性(Frequency dependent) 声学激励 点力载荷 扩散声场 湍流边界层(Turbulent boundary layer) 空气动力性载荷 GlassPVBwindshield15Copyright Free Field Technologies载荷方式载荷方式1-1-点力载荷点力载荷0.010.10.010.11101101001000100100005010005

12、0100150200250150200250300350400450300350400450500Acceleration m/s2Frequency HzWindshield Modal analysis, free-free BCsimulation experimental300350400450300350400450500Acceleration m/s2Frequency HzWindshield Modal analysis, free-free BCsimulation experimental16Copyright Free Field TechnologiesTranspa

13、renc e ac oustique - C omparaison simulations AC TRAN/mesures BMW Srie 3-10-50510152025303540020040060080010001200Frquenc e HzTransmission Loss (dB)ESSA I 1ESSA I 2A C TRA N载荷方式载荷方式2-2-扩散声场激励扩散声场激励17Copyright Free Field Technologies载荷方式载荷方式3-3-湍流边界层激励湍流边界层激励Mode 32 - 346Hz (A) - 612Hz (S)Mode 2 - 73

14、Hz (A) - 185Hz (S)Glass + Seal detailModel Description18Copyright Free Field TechnologiesOpenFOAM CFD computationUnsteady incompressible CFD(pressure, velocity)Actran/ICFD Interpolation of the turbulence pressure fluctuations on the acoustic meshActran/ICFD Fourier TransformTWPF into the frequency d

15、omain Actran/VI Pre-processingMesh generationActran file setupActran VibroAcoustics Acoustic computationUse of the TWPF excitation into ActranActran/VI Post-processingColor map, pressure plot .载荷方式载荷方式4-4-空气动力性载荷空气动力性载荷19Copyright Free Field TechnologiesACTRAN Aero/Vibro-AcousticACTRAN Aero/Vibro-Ac

16、oustic耦合计算结果耦合计算结果Color Map of Pressure, Deformation of the side window 750HzSound pressure level at drivers ear10dBSound pressure Level dBCFD pressure fluctuationsTWPF excitationCopyright Free Field TechnologiesPROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐

17、射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声21Copyright Free Field Technologies结构

18、振动辐射噪声模拟结构振动辐射噪声模拟Nastran ComputationACTRAN ModelACTRAN Results (Step 1)通过结构分析软件计算得到振动结果作为声学激励. (velocities or displacements) (Step 2)通过ACTRAN模拟噪声辐射.22Copyright Free Field Technologies声辐射贡献量分析 设定不同控制面，ACTRAN可以自动统计结构不同部位辐射声能； 支持多工况计算，边界元方法无法比拟的计算速度； 对于某一场点的贡献量分析。radiating 2radiating 3radiating 4radia

19、ting 1Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7:

20、 PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声24Copyright Free Field Technologies车身内部内饰材料车身内部内饰材料25Copyright Free Field Technologies实验装置“Vibro-acoustic FEA Modeling of Two Layer Trim Systems”, Christian Y. Glandier and Ralf Lehmann(DaimlerChrysler AG),

21、 Takashi Yamamoto and Yoshinobu Kamada(Mitsubishi Motors Corporation),SAE 2019研究对象：弹性板+多孔泡沫材料+厚板激励方式：激振器作用于连接内饰部件的框架两种外部空间工况自由场声辐射在封闭箱体内的辐射 Excitation systemFree field radiation / closed box radiation26Copyright Free Field Technologies计算模型 建立的网格模型包含每一层的内饰部件、框架以及空气域 计算两种内饰部件，材料属性如下表所示：27Copyright Fre

22、e Field Technologies计算结果 结构响应弹性板中心加速度响应(纤维材料)厚板的平均速度响应 (纤维材料)28Copyright Free Field Technologies计算结果 声学响应距厚板1米处声压级(泡沫材料)距厚板1米处声压级(纤维材料)29Copyright Free Field Technologies超单元的应用超单元的应用 乘客舱声空间将被加到模型之中 汽车乘客舱: 可以计算司机/乘客人耳位置的声压级。 声学激励：激励可以是扩散声场，ACTRAN仿真模型支持模拟隔声室试验；激励也可以定义在车体上。 白车身在NASTRAN中通过超单元缩减，在ACTRAN中

23、将车体模态信息插入到前围板边界节点上以精确模拟边界条件。连接到汽车空腔连接到汽车空腔连接到消声室连接到消声室( (自由场自由场) )扩散声场声学自由场Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进

24、排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声31Copyright Free Field Technologies 空调系统的作用 舒适性(制热,制冷,通风) 安全性(除雾) 仪表板通风管道的质量标准 压力损失 气流指向性，流动是否均匀 声学性能气动噪声）空调系统的噪声问题32Copyright Free Field Technol

25、ogies格栅对气动噪声影响分析33Copyright Free Field Technologies格栅对气动噪声影响分析34Copyright Free Field Technologies空调通风口噪声35Copyright Free Field Technologies结论 声能主要集中在低频 低频声能在喷流区域，而高频声能产生于格栅区域。Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结

26、构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声37Copyright Free Field Technologies进排气系

27、统模拟进排气系统模拟 利用ACTRAN可以方便地模拟进气和排气系统 排气管噪声 管道内声音传播、反射 评估出口的辐射阻抗 壳体辐射噪声 采用传递矩阵法模拟管道系统声学特性 计算模型可以考虑的因素： 流固耦合 开放的出口端 消声器 绝热层 吸声材料 穿孔板 流动效应 温度效应InOut (pipe)Out (shell)38Copyright Free Field TechnologiesACTRANACTRAN的传递矩阵方法的传递矩阵方法TMMTMM） 解析的传递矩阵方法功能有限 只适用于简单形状 仅限于平面波(see ) 不能模拟壳体辐射噪声 均匀介质 对于更复杂的模型，可以结合ACTRAN

28、使用传递矩阵方法 复杂几何 更高的频率范围 壳体辐射噪声+结构耗散 流动和温度梯度 ACTRAN 集成了TMM功能！TMM analytic codes are limited to the lowest cut-on frequency of all the elements (inlet/outlet/internal duct).Ex:TMM analytic codes can perform the TL computation only until 2000Hz.Finlet = 8000HzFinternal = 2000HzFoutlet 6000HzMix-method (A

29、CTRAN+TMM) can compute the TL until the lowest cut on frequency of the inlet/outlet duct.Ex:Finlet = 8000HzFinternal = 2000HzIn this case, ACTRAN can perform the TL computation until 6000Hz39Copyright Free Field Technologies排气管噪声问题描述排气管噪声问题描述 排气系统一个部件的噪声 (例如: 消声器) 计算传递损失 (TL) TL =10*log10(Wincident/

30、Wtransmitted) 结合传递矩阵法，计算排气系统整体的降噪效果Incident power from the engineTransmitted power (pipe noise)Not reflective BC40Copyright Free Field Technologies温度效应温度效应Transmission LossWith temperature600K300K41Copyright Free Field Technologies整体声学模型整体声学模型Acoustic FEM/IEM interfaceAcoustic elements, exhaust inte

31、riorAcoustic elements, outside fluidActran 支持不匹配网格fluid 1 (1,c1,T1)fluid 2 (2,c2,T2)Outlet exhaust noise + “shell” radiated noise in one unique modelShell elements, exhaust skin42Copyright Free Field TechnologiesStructure deformationInterior cavity SPLEnergies spectra整体声学模型计算结果整体声学模型计算结果Exterior sou

32、nd field43Copyright Free Field TechnologiesTMMTMM分析整体排气系统的优势分析整体排气系统的优势Task 2a: ACTRAN Model creationTask 2b: ACTRAN computationsTask 1: Geometry Division into subsystemsTask 3: Results recombination using TMMTo be performed for each component01122000*1000011001PRIRIRT = T1*T2*T3Copyright Free Field

33、 TechnologiesPROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM

34、8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声45Copyright Free Field Technologies整车声学分析步骤Modal extraction ofthe body (s )Projection of modeson the trim interfacesModal extraction ofthe cavity (a )Modal resultsActranNastranFluid/Structure couplingModal Basis updated with energetic DBFlu

35、id/Structure Coupling UpdatedFRF solution for the complete model (cavity + structure + trim) on structure or in cavityActran computes VT, TT and WT when the trim is subject to modesFRF ResultsMap Results46Copyright Free Field Technologies整车声学分析案例47Copyright Free Field Technologies分析步骤48Copyright Fre

36、e Field Technologies步骤1-车身外部载荷49Copyright Free Field Technologies步骤1-车身外部载荷 200Hz声学响应声压级分布声压分布50Copyright Free Field Technologies步骤2-乘客舱人耳位置声压响应 从汽车排气尾管到人耳位置的传递函数 内饰件的隔声效果Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射P

37、ROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声52Copyright Free Field Technologies 分析步骤 准静态分析

38、声学分析 计算工况 频率范围500-4000Hz 杨氏模量、阻尼、压缩比率 不同截面形状扩散声场激励边界条件声学有限元/无限元密封条声学分析密封条系统 密封条有限元模型准静态分析声学分析53Copyright Free Field Technologies不同密封条隔声性能比较Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分

39、析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBLEM 7: PROBLEM 7: 密封条隔声分析密封条隔声分析PROBLEM 8: PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声柴油喷射管路噪声PROBLEM 9: PROBLEM 9: 轮胎噪声轮胎噪声55Copyright Free Field Technologies供油管路噪声 供油管路噪声分析考虑以下几种因素： 模型内外包含两种流体内部柴油与外部

40、空气）； 供油管路与发动机组的连接部分边界条件，采用Nastran超单元； 外部空气的边界定义为无限元。56Copyright Free Field Technologies典型应用1-考虑管路声振耦合特性 声学特性与振动声学特性的比较管路内部的均方声压57Copyright Free Field Technologies典型应用2-超单元58Copyright Free Field Technologies典型应用3-温度效应20度 局部加速度60度 局部加速度59Copyright Free Field Technologies典型应用4-贡献量研究 不同控制面振动加速度比较Copyright Free Field TechnologiesPROBLEM 9: 轮胎噪声模拟轮胎噪声模拟PROBLEM 1: PROBLEM 1: 风噪声模拟风噪声模拟PROBLEM 2: PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射结构振动噪声辐射PROBLEM 3: PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析内饰部件声学性能分析PROBLEM 4: PROBLEM 4: 空调噪声分析空调噪声分析PROBLEM 5: PROBLEM 5: 进排气系统声学分析进排气系统声学分析PROBLEM 6: PROBLEM 6: 整车声学分析整车声学分析PROBL