1. 经典技法
四分之一车型和二分之一车型。 这种方法通常在设计的早期阶段或进行模型研究时采用。 这些模型通常用于分析车辆最基本的频率和振动特性,也可用于其他目的,如研究车辆的动态特性。 在概念设计阶段,在知道车辆的基本参数后,可以快速估算出车辆的振动特性。 有应用。
是日本公司开发的小型物理估算应用软件系统。 它提供了强大的矩阵处理和绘图功能,使用方便,有效性高,灵活性好。 被研究生广泛使用,已成为国际市场上科研和工程应用的领先软件。
二、有限元法
经典方法仅适用于在非常低的频率下剖析体模式。 如果需要考虑整车各系统和部件的局部振动,改变整车结构设计,内部方法将无能为力。 车辆是一种弹性结构,全局和局部振动特性都很重要。 因此,在分析整车低频振动问题和建立模型时,必须考虑其结构特性和弹性特性。
目前应用最广泛的方法是有限元分析。 在简要分析车辆各系统的振动特性时,可构建网格较粗的模型。 当需要详细分析整车的振动特性时,需要建立一个网格特别细的模型。 这些模型中的节点间距一般只有5mm,而汽车有限元模型中的节点和单元数可达数百万甚至数千万。 有限元法是一种非常成熟的分析方法,可以准确估计整车和各系统的模态和模态频率,并能动态演示整车的模态。
有限元法是利用有限元将结构弹性域或空气域离散化,根据热方程或声波多项式得到联立代数方程,通过求解代数方程得到空气域的结构弹性或声音传播。 振动和声音特性。
有限元法需要将结构有限元离散化。 结构定义的单元越多,自由度越大,估计精度越高,但估计时间越长。 结构定义单元的振动频率必须低于待估算整体结构的振动频率,否则需要进一步定义单元。 小区的划分需要与估计精度相匹配。 有限元分析方法在车辆上的应用包括:车辆零部件有限元分析、悬架结构有限元分析、车架有限元分析、车身有限元分析、轮胎有限元分析、汽车碰撞有限元分析和车辆结构的有限元分析。 元优化设计等。应用软件有ANSYS等。
ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析为一体的小型通用有限元分析软件。 由全球最大的有限元分析软件公司之一新加坡ANSYS开发。
可与大多数CAD软件接口,实现数据共享和交换,如Pro/,,,, I-DEAS等,是现代产品设计中的中级CAD工具之一。
该软件主要包括三个部分:预处理模块、分析估计模块和后处理模块。
预处理模块为实体建模和网格定义提供了强大的工具,用户可以方便地构建有限元模型;
分析估算模块包括结构分析(线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析和多化学场耦合分析,可以模拟各种化学介质的相互作用,具有敏感性分析和优化分析能力;
后处理模块可将估算结果以彩色等高线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流显示、三维块显示、透明和半透明显示(结构内部可见)等图形形式显示,还可以将估算结果以图表、曲线的形式显示或输出。
软件提供了100多种单元类型,用于模拟工程中的各种结构和材料。 本软件有多种不同版本,可以运行在从个人电脑到小型机的各种计算机设备上,如PC、SGI、HP、SUN、DEC、IBM、CRAY等。
3、边界元法
有限元法非常适用于低频结构振动的模拟与分析。 有限元法也可以模拟和分析振动与声音的耦合,但声学空间的模拟和分析基本上沿用结构振动的处理,往往局限于封闭空间。 当声学空间体积减小时,模态密度大大降低,有限元法的计算量也大大减少。 这时,有限元法就有了局限性。 相比之下,边界元法在处理结构声辐射、声散射和结构发声等问题上具有独特的优势,因此得到了实际应用。
边界元法首先需要知道系统的边界条件。 结构边界条件通常为以下三种类型之一:
边界元法需要结构表面的复信噪比或复振动率两个数学量之一作为输入,然后根据边界条件估计结构表面的另一个数学量。 作为输入,结构表面的复信噪比或复振动速度可以通过实际测量或估计得到。 对于结构表面复杂振动速度的估计,边界元法常借用有限元技术。 整车结构振动分析采用有限元模型,车内腔体声场分析采用边界元模型。 应用软件包括.Lab等。
.Lab软件是世界知名的振动声学测试分析软件公司德国LMS的一款小型声学评估分析产品软件。 该软件在声学估算分析领域处于国际领先地位。 为噪声控制专业工程技术人员提供了产品设计初期预测和解决声学问题的能力,得到了一致好评。 日本NASA(国家民用航空航天中心)、FORD整车公司、通讯公司和BOSE音响公司,国外知名院校、研究所和一些知名大公司,如南京理工大学、上海交通大学、西北大学等工学院、中船集团公司下属701研究所、719研究所、上海大众车业有限公司均已订购该软件。
它的主要功能是:
(1) 声辐射估算
声辐射估算是.Lab软件最基本的功能。 结构振动时会产生声辐射。 结构振动可以是实测的速率响应数据,也可以是有限元等方法估算的速率响应数据。 .Lab本身具有通过有限元法估算振动响应的功能,也可以从实测模态数据和给定激励中估算出速率响应。 .Lab 可以进一步使用这些数据来估计结构表面的信噪比和结构周围的声场分析。
(2) 声散射估计
(3) 机载噪声传递的估计:结构-声场耦合系统的响应灵敏度分析
.Lab的主要应用方向:
.Lab 预测声波的辐射、散射和传输,以及对声学负载的声学响应。 可估算的结果包括:信噪比、辐射功率、粒子速度、声强、蓝筹贡献、能量密度、声振灵敏度、纯模式、结构载荷等。
为了描述声学媒体,.Lab 使用了最先进的数字方法。 它们基于直接和间接边界元方法,或具有声学有限元/无限元的声学多项式。 结构本身使用结构有限元模型表示,该模型可以从所有主要结构有限元和网格生成工具中导出。 所有分析模块都完全集成在核心环境中,支持多种模型和 3D 图形。
有强大的集成前处理和后处理功能,以及网格检测和校正工具。 后处理可以绘制彩色图、矢量场、变形结构以及XY图、直方图和极坐标图,还包括动画显示和声音播放。
4. 多体系统动力学技巧
多体系统是对某一类客观事物的高度具体化和概括化的描述。 这些系统都有一个共同的特点,就是它们通过特定的关节(铰链)将许多零件(零件)组合在一起,即所谓的“身体”相连; 为此,我们将多体系统定义为由多个物体以一定的连接方式相互连接而成的系统。 该对象可以是质心或柔体。 如果多体系统中的所有物体都是质心,则该系统称为多质心系统; 如果多体系统中含有多个软体,则称为柔性多体系统。
多体系统动力学是一般热学学科的一个重要分支,其理论基础是质心动力学、分析热力学、有限元理论、连续介质热力学、计算热力学、控制理论等。在车辆上的应用是:仿真车辆碰撞过程中人体动力学响应的估计、悬架系统的多体系统动力学等。
应用软件的代表是ADAMS。 ADAMS,即 (ems),是由日本MDI公司(c.)开发的虚拟样机分析软件。
ADAMS 软件使用交互式图形环境和零件库、约束库和力库来创建完全参数化的机械系统几何模型。 其求解器采用多质心系统动力学理论中的拉格朗日多项式方法构造系统动力学多项式,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,可输出位移、速度、加速度和斥力曲线。 一方面,ADAMS是虚拟样机分析的应用软件。 用户可以使用该软件非常方便地分析虚拟机械系统的静力学、运动学和动力学; 另一方面,它也是一个虚拟样机分析和开发工具。 其开放性的程序结构和多种套接字可以成为特殊行业用户分析特殊型号虚拟样机的二次开发工具平台。
5、统计能量分析法
统计能量分析是一种基于模型的分析方法,它利用能量流关系对复合材料和共振装配结构的动态特性、振动响应水平和声辐射进行理论评估。 它是时间和空间上的统计特征。 ,这种能量流关系在构成组装结构的各种耦合子系统(如板、壳等)之间有一个简单的热类比。 应用统计能量分析理论时,将汽车定义为若干个子系统,假设子系统之间的主要能量流动是由结构共振或声学模式引起的,即统计能量分析一般是针对每个谐振子团体。 之间的能量或功率流分析。 振动功率损耗和功率流规律可以用水箱模型来描述。
统计能量分析作为一种分析方法,在列举主要噪声贡献和预测不同设计对车内噪声的相对影响方面更为重要。 目前,统计能量分析在车内空气噪声预测分析中的应用较为普遍,但在车内结构噪声预测分析方面研究较多,应用较少。 重要的限制之一是难以在车辆开发的早期预测结构耦合损耗因素。 构建大量结构相似的耦合损耗因子数据库可以在一定程度上缓解这种限制,但工作量大,但即使有数据库,也可能始终难以满足车内结构噪声分析的所有需求. 另一方面,传输路径分析法发展迅速,逐渐成为汽车结构噪声分析的主要技术。 有应用。
该软件是ESI基于统计能量分析(SEA)方法开发的用于中高频噪声和振动分析的结构声学分析仿真软件。 ESI仍致力于统计能量分析方法的研究和软件开发,技术力量雄厚。 目前,该软件最新版本全球市场占有率高达95%。 其应用包括:客机、汽车、轮船内部的噪声预测、主要声源和噪声控制措施、船舶和导弹的外部噪声辐射、建筑物和空调的噪声环境预测和电子产品等,被来自中国的公司使用各行各业,包括车辆(通用汽车、福特、戴克、日产、丰田等)、航空航天(NASA、波音、空中客车、洛克希德马丁等)、船舶(、等)、空调(、 、、特灵等)和IT(IBM等)。
强大的振动和噪声分析功能:除了常用的振动和声学特性估计功能外,还具有SHOCK、FOAM等功能模块,以及各种吸声降噪措施、蒙皮等边界条件的仿真功能或噪声控制措施;极高的软件可靠性和确定性:经过严格开发和客户广泛使用,证明具有特别高的可靠性和确定性; 优质服务:ESI公司提供功能强大的软件,最新版本为2.5,包括新增模型智能检查、水下贝壳辐射等新功能。
车辆应用:进行各类车辆建模,实现内部音质、车辆结构噪声、内饰材料重量/用量的优化设计。
6.传输路径分析方法
复杂系统受到多个振动源和噪声源的激励,每个激励可能通过不同的路径,被衰减,并传递到多个响应点。 为了降低振动和噪声,预测和分析各种传输路径,并使用矢量叠加技术。 这些分析方法称为传递路径分析方法,因为使用了矢量叠加法,也称为矢量叠加法。 国外对这些技巧的研究不多,但也不难理解。 传输路径分析用于分析振动声能通过结构和声学路径从源到接收器的传输。 目的是评估每条路径对总振动和噪声水平的贡献,以便工程师可以识别需要进行的更改以解决特定问题。 部分。
在传导路径分析中,首先要明确需要分析的激励点,这要视不同的问题而定。 例如,车身问题只需要考虑底盘与车身耦合的力激励; 车辆问题需要考虑车桥、发动机悬置阻尼器、空压机悬置阻尼器,甚至活塞和气缸壁。 权力激励。 明确了待分析的分析系统的耦合点之后,接下来就是估计各种耦合激振力和各种传递函数,工作量往往很大。
有许多方法可以构建车辆输送路径的解剖模型。 有纯粹基于实验测试的方法,也有纯粹基于数值估计的方法来获取传递函数和建立模型。 但它更多的是实验和数值估计的混合应用来建立模型。
应用软件为LMS的TPA传递路径分析软件。 LMS传递路径分析软件提供了很多数据处理和结果展示的有效工具,成为测试和设计工程师的好帮手。 英国LMS国际公司,总部位于瑞士鲁汶,专业为机械产品开发的功能质量工程提供解决方案。 公司开发的软件、生产的硬件及其他相关产品可以帮助工程师根据运动学和动力学特性、乘坐舒适性、操纵稳定性、结构集成、振动、声学、NVH和疲劳历史等方面的特点改进设计。允许用户理解和解决出现的问题。
同时,LMS先进的属性优化技术也转化为LMS在市场上的战略竞争优势。 LMS提供的解决方案以数字化开发为基础,以流程开发为核心,最终提高制造商的劳动生产率。 LMS工程服务部可为整车开发提供大量技术支持,从项目承包到问题诊断、技术销售、合作开发等。
1997年起,LMS先后在上海、上海、深圳设立办事处,并与复旦大学联合成立“同济-LMS汽车振动噪声耐久性技术中心”从声源处减少噪音的方法,加强对中国汽车CAE人才的培养和培养。 近年来,LMS中国的业务量保持年均40%以上的增长速度。 客户包括北京泛亚、上海大众、一汽技术中心、一汽-大众、东风、长安等整车及零部件生产企业。
七、模态综合技巧
它是 20 世纪 60 年代从航空航天工程发展起来的解决复杂结构系统振动问题的有效途径。 这种方法由日本的WC 等人提出,后来推广到非线性振动和随机振动响应的分析。 模态合成就是将一个复杂的结构分解成几个更简单的子结构。 在明确各子结构振动特性的基础上,根据结合面上的协调情况将子结构合成为整体结构,然后通过各子结构的振动形式得到整体结构的振动形式.
利用该方法求解系统的固有特性和分析动态响应只需估计子结构的几个主要模态(主振型)即可,因此可以在不改变系统化学性质的情况下有效降低自由度. 固定接口法和自由接口法使用比较成功。 该方法已应用于民航航天、动力、车辆、船舶和海洋工程的动力分析,疗效显着。
模态综合法可以降低整车结构分析工作量巨大的难度。 首先将汽车结构分成若干个子结构(或部件),然后对每个子结构进行模态分析(估计或试验),得到子结构的动态特性,然后根据子结构之间的连接情况,借助子结构的模态特性和模态坐标构造的连接方法,综合了前面得到的子结构的模态动态特性,从而得到整车结构的模态特性。
模态综合法对于结构的动态变化也很方便。 变化通常是局部的。 采用模态综合法从声源处减少噪音的方法,只需对变化后的子结构重新进行估计、分析或动态试验,然后综合所有子结构的模态特性,最终得到变化后的整体结构的动力学特性。 特征。
应用软件有ANSYS等。 ANSYS的模态综合方法采用固定界面和自由界面模态综合方法。 固定界面模态合成法的基本思想是完全约束连接各个子结构与其他子结构的界面的自由度,得到此时的子结构。 结构的低阶主模式集。 然后,通过释放子结构的界面自由度,分别得到子结构的质心模式集和约束模式集,子结构的Ritz基由低层的质心模式集和约束模式集组成-阶主模子结构。 自由界面模态综合法的基本思想是将子结构从整体系统中分离出来,去掉子结构之间界面自由度的所有约束,对界面自由度的词结构进行模态分析. 然后,借助相邻子结构的界面位移协调条件和平衡条件,将子结构集成为一个整体。