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NVH仿真教程分析：车室声腔模态
2018-04-23 11:56:07· 来源：汽车NVH仿真
试验研究表明,对于轿车乘坐车室来说,发动机振动，路面激励等引起的车身壁板振动而辐射出来的结构低频噪声在车内噪声中占主要地位。研究车室空腔内低频噪声的声场分布，就能够进一步解释低频噪声产生的真正原因，从而为改善车室的乘坐环境提供理论依据。
目录
1. 摘要
2. 车室声腔网格模型
3. 声腔模态分析
摘要
要解决车内噪声问题,首先必须要明确车内噪声的产生机理,掌握车内声场的分布情况，然后才能采取相应的改进措施进行降噪。车内噪声的产生机理比较复杂，大致分为2个方面：
空气噪声,主要是发动机，进排气噪声等通过空气传入车内,空气噪声主要集中在800Hz以上的中高频段；
结构噪声,主要是发动机，轮胎，路面及气流引起车身的振动而向车内辐射的噪声，结构噪声主要集中在400Hz以下的低频段。
试验研究表明,对于轿车乘坐车室来说,发动机振动，路面激励等引起的车身壁板振动而辐射出来的结构低频噪声在车内噪声中占主要地位。研究车室空腔内低频噪声的声场分布，就能够进一步解释低频噪声产生的真正原因，从而为改善车室的乘坐环境提供理论依据。
在车身NVH设计阶段，对车室声腔进行模态分析不仅可以掌握车内空腔的声学模态频率和模态振型，在设计过程中避免车身结构振动导致的车内共鸣噪声，合理布置和优化车内声学特性，还可以掌握空腔声场的声压分布情况，为预测并分析动态声学响应做准备。
车室声腔网格模型
第一，我们把内饰车身的网格模型导入Hypermesh中，如下图所示：
在CAE实际工作中，我们只考虑车身内的声腔，而不考虑车身上梁，柱，开闭件等其他内外板之间的空腔，所以为了不生成多余的声腔网格模型，在划分声腔网格之前，我们需要先把车室里能与空气接触到的板件单独显示出来。如下图所示：
然后我们可以把一些大的孔与缝隙给补上，一些小的缝隙，孔可以忽略，如下图所示：
补完后，我们就可以使用hypermesh专有的功能创建声腔模型，按图示方法上拉菜单 > mesh > create > Acoustic Cavity Mesh 调用Acoustic Cavity Mesh功能；
然后点击界面中的structure-copms中选择我们挑出来的板件，按图示把右边的参数填上，element size表示网格的尺寸大小(由于声学单元的理想尺寸是每个波长至少六个单元，根据空气中的声速和噪声的分析频率可以计算出声波的波长以及声学单元的理想长度 d = v/(6*f)，其中 v 是声速，f 是求解的最大频率）；max frequency表示在该网格尺寸下，最大允许能求解的声腔模态频率；gap/hole patch size 表示在划分网格模型的时候，结构上小于该尺寸的缝隙与孔将会被忽略。点击preview，如果预览的声腔模型形状基本都填充了整体车室模型，没有什么大问题就可以点击左边的 Mesh 按钮生成声腔网格模型。
上面生成的声腔模型中有两个层，一个是声腔实体模型，另一个是声腔的表面模型，在这里，我们只需要用到声腔模型的表面模型，把声腔模型单独导出；
把单独导出的声腔表面模型用hypermesh从新打开，并把座椅的的表面模型也导进来，此时该模型中只有一个声腔表面模型与座椅表面模型；
最后，使用3D > tetramesh 功能把座椅与声腔表面间填充3D 实体网格，同时把座椅表面的空腔也填充3D实体网格。（详细操作与设置请参考"流固耦合系统模态分析"）完整的声腔模型如下图所示：
声腔模型建立完成后，声腔网格模型出来后，还需要对其进行进一步设置。点击图示图标，把声腔模型单独显示出来全选上所有的节点，然后点击edit，进去设置界面把CD-1勾选，界面将出现-1的字样，点击return完成设置。这一步设置把声腔模型的节点设置为流体节点；
最后定义材料属性，车室声腔模型的材料选择流体材料类型MAT10，设置材料密度1.2e-12 ton/mm^3，声速340000mm/s. 同样，由于座椅除了骨架外其余大多由海绵等多孔材料组成，其中填充着大量的空气，所以座椅的材料选择也流体材料类型MAT10，设置材料密度1.2e-11 ton/mm^3，比空气的密度略大，声速340000mm/s.
最好，检查一下声腔模型的网格质量，如无问题，声腔网格模型就建立完成，下一步可用于模态分析。
声腔模态分析
求解模态的方法与详细的参数设置请参考”流固耦合系统模态分析“ ，下面给出本次声腔的前4阶模态计算结果：
上图的左上为第一阶纵向模态，右上为第二阶纵向模态，左下为横向模态，右下为纵向横向交织模态。图中的颜色表示压力的大小，车身不同位置的压力是不一样的，有的地方压力位 0。压力为 0 的地方的连线称为声腔模态的节线，类似于结构模态的节点，当声腔受到外界激励的时候，声压变化大的地方响应大，即灵敏度大，而声压没有变化的地方，外界的激励不引起任何变化。
车身的每一阶声腔模态有特定的形状，表示特定的声压分布。随着模态阶次的增加，声腔模态形状将会越来越复杂。
1. 摘要
2. 车室声腔网格模型
3. 声腔模态分析
摘要
要解决车内噪声问题,首先必须要明确车内噪声的产生机理,掌握车内声场的分布情况，然后才能采取相应的改进措施进行降噪。车内噪声的产生机理比较复杂，大致分为2个方面：
空气噪声,主要是发动机，进排气噪声等通过空气传入车内,空气噪声主要集中在800Hz以上的中高频段；
结构噪声,主要是发动机，轮胎，路面及气流引起车身的振动而向车内辐射的噪声，结构噪声主要集中在400Hz以下的低频段。
试验研究表明,对于轿车乘坐车室来说,发动机振动，路面激励等引起的车身壁板振动而辐射出来的结构低频噪声在车内噪声中占主要地位。研究车室空腔内低频噪声的声场分布，就能够进一步解释低频噪声产生的真正原因，从而为改善车室的乘坐环境提供理论依据。
在车身NVH设计阶段，对车室声腔进行模态分析不仅可以掌握车内空腔的声学模态频率和模态振型，在设计过程中避免车身结构振动导致的车内共鸣噪声，合理布置和优化车内声学特性，还可以掌握空腔声场的声压分布情况，为预测并分析动态声学响应做准备。
车室声腔网格模型
第一，我们把内饰车身的网格模型导入Hypermesh中，如下图所示：
在CAE实际工作中，我们只考虑车身内的声腔，而不考虑车身上梁，柱，开闭件等其他内外板之间的空腔，所以为了不生成多余的声腔网格模型，在划分声腔网格之前，我们需要先把车室里能与空气接触到的板件单独显示出来。如下图所示：
然后我们可以把一些大的孔与缝隙给补上，一些小的缝隙，孔可以忽略，如下图所示：
补完后，我们就可以使用hypermesh专有的功能创建声腔模型，按图示方法上拉菜单 > mesh > create > Acoustic Cavity Mesh 调用Acoustic Cavity Mesh功能；
然后点击界面中的structure-copms中选择我们挑出来的板件，按图示把右边的参数填上，element size表示网格的尺寸大小(由于声学单元的理想尺寸是每个波长至少六个单元，根据空气中的声速和噪声的分析频率可以计算出声波的波长以及声学单元的理想长度 d = v/(6*f)，其中 v 是声速，f 是求解的最大频率）；max frequency表示在该网格尺寸下，最大允许能求解的声腔模态频率；gap/hole patch size 表示在划分网格模型的时候，结构上小于该尺寸的缝隙与孔将会被忽略。点击preview，如果预览的声腔模型形状基本都填充了整体车室模型，没有什么大问题就可以点击左边的 Mesh 按钮生成声腔网格模型。
上面生成的声腔模型中有两个层，一个是声腔实体模型，另一个是声腔的表面模型，在这里，我们只需要用到声腔模型的表面模型，把声腔模型单独导出；
把单独导出的声腔表面模型用hypermesh从新打开，并把座椅的的表面模型也导进来，此时该模型中只有一个声腔表面模型与座椅表面模型；
最后，使用3D > tetramesh 功能把座椅与声腔表面间填充3D 实体网格，同时把座椅表面的空腔也填充3D实体网格。（详细操作与设置请参考"流固耦合系统模态分析"）完整的声腔模型如下图所示：
声腔模型建立完成后，声腔网格模型出来后，还需要对其进行进一步设置。点击图示图标，把声腔模型单独显示出来全选上所有的节点，然后点击edit，进去设置界面把CD-1勾选，界面将出现-1的字样，点击return完成设置。这一步设置把声腔模型的节点设置为流体节点；
最后定义材料属性，车室声腔模型的材料选择流体材料类型MAT10，设置材料密度1.2e-12 ton/mm^3，声速340000mm/s. 同样，由于座椅除了骨架外其余大多由海绵等多孔材料组成，其中填充着大量的空气，所以座椅的材料选择也流体材料类型MAT10，设置材料密度1.2e-11 ton/mm^3，比空气的密度略大，声速340000mm/s.
最好，检查一下声腔模型的网格质量，如无问题，声腔网格模型就建立完成，下一步可用于模态分析。
声腔模态分析
求解模态的方法与详细的参数设置请参考”流固耦合系统模态分析“ ，下面给出本次声腔的前4阶模态计算结果：
上图的左上为第一阶纵向模态，右上为第二阶纵向模态，左下为横向模态，右下为纵向横向交织模态。图中的颜色表示压力的大小，车身不同位置的压力是不一样的，有的地方压力位 0。压力为 0 的地方的连线称为声腔模态的节线，类似于结构模态的节点，当声腔受到外界激励的时候，声压变化大的地方响应大，即灵敏度大，而声压没有变化的地方，外界的激励不引起任何变化。
车身的每一阶声腔模态有特定的形状，表示特定的声压分布。随着模态阶次的增加，声腔模态形状将会越来越复杂。
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