汽車(chē)振動(dòng)噪聲分析方法概述

　　一、經(jīng)典方法

　　四分之一汽車(chē)模型和二分之一汽車(chē)模型。在設計初期或者在做模型研究的時(shí)候，往往采取這種形式。這種模型一般用來(lái)分析汽車(chē)最基本的頻率和振型特征，也可以用作其他用途，如研究汽車(chē)動(dòng)力特性。概念設計階段，在知道了汽車(chē)基本參數之后，就可以迅速計算出整車(chē)的振動(dòng)特征。應用軟件有MATLAB等。

　　MATLAB是美國MathWorks公司開(kāi)發(fā)的大型數學(xué)計算應用軟件系統，它提供了強大的矩陣處理和繪圖功能，簡(jiǎn)單易用，可信度高，靈活性好，在世界范圍內被科學(xué)工作者、工程師以及大學(xué)生和研究生廣泛使用，目前已經(jīng)成為國際市場(chǎng)上科學(xué)研究和工程應用方面的主導軟件。

　　二、有限元方法

　　經(jīng)典方法只適合于分析很低頻率的整體模態(tài)。如果要考慮整車(chē)中各個(gè)系和部件的局部振動(dòng)，以及修改汽車(chē)結構設計，上面的方法就無(wú)能為力了。汽車(chē)是一個(gè)彈性結構，整體和局部振動(dòng)特征都很重要。于是在分析整車(chē)低頻振動(dòng)問(wèn)題和建立模型時(shí)，必須考慮到其結構特征和彈性特征。目前，用得最為廣泛的方法是有限元分析。在粗略分析整車(chē)各個(gè)系統振動(dòng)特征時(shí)，可以建立網(wǎng)格相對粗的模型。當要對整車(chē)振動(dòng)特征進(jìn)行細致分析時(shí)，就必須建立網(wǎng)格非常細的模型。通常這種模型中節點(diǎn)間的距離僅為5mm，一部整車(chē)的有限元模型的節點(diǎn)和單元可以達到幾百萬(wàn)個(gè)甚至上千萬(wàn)。有限元方法是一項非常成熟的分析方法，能夠準確的預估整車(chē)和各個(gè)系統的模態(tài)和模態(tài)頻率，并且能動(dòng)態(tài)演示整車(chē)模態(tài)。

　　有限元方法是用有限單元將結構彈性域或空氣域離散化，根據力學(xué)方程或聲波動(dòng)方程，得到聯(lián)立代數方程式，通過(guò)求解代數方程式得到結構彈性或聲傳播空氣域中的振動(dòng)和聲特性。有限元法需將結構有限單元離散化。結構劃分的單元愈多，自由度也就愈多，計算精度也愈高，但計算時(shí)間也愈長(cháng)。結構劃分的單元的振動(dòng)頻率必須高于要計算的整體結構的振動(dòng)頻率，否則單元需進(jìn)一步劃分。單元的劃分需與計算精度匹配。有限元分析方法在汽車(chē)方面的應用有：汽車(chē)零部件有限元分析、懸架結構有限元分析、車(chē)架有限元分析、車(chē)身有限元分析、輪胎有限元分析、汽車(chē)碰撞有限元分析和汽車(chē)結構有限元優(yōu)化設計等。應用軟件有ANSYS等。

　　ANSYS軟件是融結構、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開(kāi)發(fā)。

　　它能與多數CAD軟件接口，實(shí)現數據的共享和交換，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor，I-DEAS，AutoCAD等，是現代產(chǎn)品設計中的高級CAD工具之一。

　　軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。

　　前處理模塊提供了一個(gè)強大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構造有限元模型;

　　分析計算模塊包括結構分析(可進(jìn)行線(xiàn)性分析、非線(xiàn)性分析和高度非線(xiàn)性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力;后處理模塊可將計算結果以彩色等值線(xiàn)顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結構內部)等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計算結果以圖表、曲線(xiàn)形式顯示或輸出。

　　軟件提供了100種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個(gè)人機到大型機的多種計算機設備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

　　三、邊界元方法

　　有限元方法非常適合低頻結構振動(dòng)模擬和分析。有限元方法也可以模擬和分析振動(dòng)和聲的耦合，但對聲空間的模擬和分析基本沿用對結構振動(dòng)的處理方法，常常限于封閉空間。當聲空間體積增大，模態(tài)密度急劇增大，有限元方法的運算量急劇增大，此時(shí)有限元方法有局限性。相比之下，邊界元方法對處理結構聲輻射、聲散射和結構聲腔問(wèn)題有獨特的優(yōu)越性，因而在實(shí)際中得到應用。

　　邊界元方法首先需要知道系統邊界條件。結構邊界條件一般是如下三種之一：

　　1.已知結構表面的復聲壓(Dirichlet邊界);

　　2.已知機構表面的復振動(dòng)速度(Neuman邊界);

　　3. 已知結構表面的復阻抗(混合或Robin邊界)。

　　邊界元方法需要結構表面的復聲壓或復振動(dòng)速度兩個(gè)物理量之一作為輸入，然后根據邊界條件計算出結構表面另一物理量。作為輸入，結構表面的復聲壓或復振動(dòng)速度可以實(shí)測得到，也可以通過(guò)計算得到。對于結構表面復振動(dòng)速度的計算，邊界元方法常常借用有限元方法。整車(chē)結構振動(dòng)分析使用有限元模型，車(chē)內空腔的聲場(chǎng)分析使用邊界元模型。應用軟件有SYSNOISE等。

　　SYSNOISE軟件是比利時(shí)一家國際著(zhù)名的振動(dòng)和聲學(xué)測試分析軟件公司-LMS 公司的大型聲學(xué)計算分析商品軟件。該軟件在聲學(xué)計算分析領(lǐng)域中占據國際領(lǐng)先地位，它為噪聲控制專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員提供了在產(chǎn)品設計開(kāi)始階段，預報和解決聲學(xué)問(wèn)題，受到一致好評。美國的 NASA(國家航空航天中心)、FORD 汽車(chē)公司、MOTOROLA 通訊公司和BOSE 音箱公司，國內著(zhù)名大學(xué)、研究所和一些著(zhù)名的大公司，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中船總公司第 701 研究所、第 719 研究所、上海大眾汽車(chē)工業(yè)公司等都購買(mǎi)了該軟件。

　　其主要功能有：

　　1、聲輻射計算

　　聲輻射計算是 SYSNOISE軟件最基本的功能。結構振動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生聲輻射。結構振動(dòng)可以是實(shí)際測得的速度響應數據，或者是由有限元或其他方法計算得到的速度響應數據。SYSNOISE本身具有振動(dòng)響應的有限元方法計算功能，也可以從測得的模態(tài)數據和給定的激勵計算速度響應。SYSNOISE進(jìn)一步可以利用這些數據計算結構表面的聲壓和結構周?chē)穆晥?chǎng)分析。

　　2、聲散射計算

　　3、空氣噪聲傳遞計算:結構-聲場(chǎng)耦合系統的響應靈敏度分析

　　Sysnoise的主要應用方向：

　　SYSNOISE預測聲波的輻射、散射和傳遞，以及聲學(xué)載荷引起的聲學(xué)響應?？捎嬎愕玫降慕Y果包括：聲壓，輻射功率，質(zhì)點(diǎn)速度，聲強，板塊貢獻量，能量密度，聲-振靈敏度，純模態(tài)，結構撓度，等等。

　　為了描述聲學(xué)媒質(zhì)，SYSNOISE利用了最先進(jìn)的數字方法。它們基于直接和間接邊界元方法，或者聲學(xué)有限元/無(wú)限元的聲學(xué)方程。結構本身用結構有限元模型表達，可以從所有主流結構有限元和網(wǎng)格生成工具導入。所有分析模塊都完全集成在核心環(huán)境中，支持多模型和三維圖形。

　　SYSNOSIS有強大的集成前、后處理功能，有網(wǎng)格檢查和修正工具。后處理可以畫(huà)彩圖，矢量場(chǎng)，變形后的結構，以及XY圖線(xiàn)，柱狀圖和極坐標圖，還包括動(dòng)畫(huà)顯示和聲音回放。