基于PEM的整备车身NVH课件

1、基于PEM的整备车身（Trimmed Body）振动噪声精确预测- 来源于声学模拟专家Actran当前的整车级NVH优化Trim建模PEM与TB NVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论2 7/21/2022目录全耦合流固耦合分析 结构振动产生的声压声源产生的振动结构振动和声压相互作用压力法对流动量可以忽略 压力和密度为线性不进行流体分析 流体域 3D 体单元, CHEXA, CPENTA, CTETRA材料属性: MAT10声吸收器: CHACAB/PACABS, CHACBR/PACBAR 壳声吸收器: CAABSF刚度和质量的耦合，自动计算刚性多孔吸收器 (MAT10). 支持频变3

2、当前的整车级NVH优化 内噪声 7/21/2022有限元：结构有限元：流体声学特征值分析 （非耦合）MODES流体域的边界缺省是刚性的 声学/结构特征值分析 （耦合）DCEIG / MCEIG耦合的结构和流体模态频率响应分析DFREQ / MFREQ力或强迫运动，作为激励，施加于结构声激励，施加于流体声压和结构振动的频率响应模态参与因子 瞬态分析DTRAN / MTRAN力或强迫运动，作为激励，施加于结构声激励，施加于流体声压和结构振动的瞬态响应4 7/21/2022当前的整车级NVH优化 内噪声（续）降低驾驶员耳部声压5 7/21/2022案例：日产汽车驾驶员耳畔声压整车模型：来源于日产汽车

3、MSC VPD大会地貌优化自MSC Nastran 2008被引入使用TOMVAR控制参数，能够在单元级进行整车优化设计变量支持单元厚度、杨氏模量等因为逐个单元优化并不是基于单个PID属性，因为这种方法是优于传统的尺寸优化对比拓扑优化中单元尺寸在（0或1）之间变化，地貌优化可以允许每个单元厚度连续变化同时，地貌优化可以和拓扑优化在同一个设计工作中。MSC Nastran 2010引入新的优化算法IPOPT，可以设计变量数目可达几万个。67/21/2022案例：地貌优化用于优化的优化模型是 Volvo 带内饰乘用车模型整个模型有12M结构自由度乘员空间使用实体单元模型，空腔和结构之间采用ACMO

4、DL定义二者之间的耦合关系除了BIW的顶棚和车身外覆盖件之外，其余单元都被定义为设计变量总设计变量数目为：418148通过ACMS方法，结构与流体求解模态频率上限为750Hz77/21/2022优化有限元模型Example trimmed body (TB) model windows removed for interior visibilityExample part of a BIW constituting optimisation set of 418148 shell elements优化问题定义:优化目标前排乘客和驾驶员耳畔噪声最小激励施加在后副车架与车身相连的前悬置点的垂直方向

5、，因为这是已知的最主要的路面噪声的传递路径频率范围为20250Hz约束为整车质量小于或等于当前值设计变量变化范围为，可最大增加为初始值的2倍或减小为初始值的0.5倍最小允许厚度为0.6mm分析分别使用MSC Nastran2008 BIGOT和2011 IPOPT优化算法进行优化优化问题在6次迭代后收敛87/21/2022工况1：优化噪声传递函数 (NTF)97/21/2022工况1：优化噪声传递函数 (NTF)NTF传递函数结果显示，优化后噪声声压级有显著降低在共振峰处，最大有10dB的减小，这是非常显著的尽管NTF曲线有一些不同，但是BIGDOT 和 IPOPT 显示相似的降低LHS Rr

6、 SubF Fr mnt Z to Drivers EarRHS Rr SubF Fr mnt Z to Front Pass Ear5 dB使用后处理软件显示6次迭代分析后的厚度结果相对于初始板厚，红色意味着更厚，蓝色意味着更薄107/21/2022工况1：优化噪声传递函数 (NTF)厚度分布 （MSC Nastran 2008 BIGDOT）厚度分布 （MSC Nastran 2011 IPOPT）当前的整车级NVH优化Trim建模PEM技术与TB NVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论11 7/21/2022目录Trim 部件，对汽车的振动噪声，发挥重要作用当前，越来越多的整车和零

7、部件厂，日益关注Trim的优化设计.日益严格的政府法规：汽车噪声污染客户体验提高：声学的舒适性基于Actran技术，MSC Nastran 2013 引入完整的解决方案，考虑Trim对于车身的影响12 7/21/2022Trim建模Trim 部件一般是指车辆中的阻尼器，绝缘子和减震器。包括：地板车厢顶篷内衬车门Trim仪表板座椅行李箱地板Trim部件一般为多层，而且全部（或部分）为多孔材料13 7/21/2022Trim部件集中质量质量定义： CONM2刚性连接：RBAR, RBAR1, RBE1或RBE2非刚性连接：RBE3分布质量非结构质量PSHELL, PBAR, PBEAM中的NSM，

8、NSM1，NSML和NSML质量合并：NSMADD NSMx的激活：工况控制命令NSM质量检查工况控制：ELSUM，WEIGHTCHECK14 7/21/2022Trim质量的建模空调质量的考虑 质量检查当前的整车级NVH优化Trim建模PEM技术与TB NVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论15 7/21/2022目录采用多孔介质材料，对 Trim 部件进行建模，可以更精确地模拟频变的阻尼/吸声特性Trim部件最为一个有限元模型的子模型Trim部件包括体单元基于毕奥（BIOT）理论16 7/21/2022多孔介质材料振动骨架被流体材料包围材料属性（频变）骨架属性：杨氏模量，密度，泊松比

9、流体属性：流体密度，体积模量等泡沫属性：孔隙率，特征粘性长度，特征热效长度等17 7/21/2022多孔介质材料的定义来源于Rieter汽车Trim 部件单独划分网格结构/Trim/声腔之间和内部的网格，可以不协调不同的网格规范支持3D单元HEXA, PENTA, TET线性和二次插值每个节点支持 4 个自由度（3 个平动 + 1个 压力）每层1个单元是不够的（厚度）厚度可以空间分布Trim层之间的网格，需要协调18 7/21/2022Trim网格和结构/声腔的耦合支持的单元针对Trim-声腔和Trim-结构的耦合，增加了新的耦合算法，可以合并使用支持耦合自由度的缩减（滑动），拓展了耦合的物理

10、条件19 7/21/2022Trim部件和车身的连接Trim-结构GLUEDTrim单元组，全部和结构粘接在一起 沿3个主轴X，Y和Z，完全与结构耦合SLIDING剩余的Trim部件面积，考虑为被结构简支 支持面内位移Trim-声腔OPEN声腔接触的Trim层，考虑为开放的孔隙 声能传递IMPERVIOUST声腔接触的Trim层，考虑为封闭的孔隙 无声能传递20 7/21/2022TB（Trimmed Body） NVH包括：声腔和Trim应用：振动V和噪声N分析更真实的模型整备车身 (TB)MSC Nastran PEM+风挡，门，窗包括：封闭声腔结构应用： 振动V和噪声N分析简化模型蓝车身

11、 (BIB)MSC Nastran不包括声腔的车身应用：振动V分析白车身 (BIW)MSC Nastran当前， Trim部件处理为：不建模， 忽略或考虑为质量和阻尼， 不够精确 21 7/21/2022当前TB NVH计算流程采用 MSC Nastran PEM ( PEM 用于多孔材料），计算流程基本相同，但是Trim部件建模更加精确考虑质量，力学和声阻工程师已有工作环境不变22 7/21/2022采用PEM的TB NVH计算流程结构, 声腔和Trim部件可以分别建模 采用不协调网格23 7/21/2022采用PEM的TB NVH计算流程（续）结构声腔Trim声腔湿节点结构湿节点结构声腔T

12、rim缩减Trim部件的阻抗矩阵，和结构/声腔的自由度耦合求解结构/Trim/声腔耦合系统Trim 模型声腔模型结构模型当前的整车级NVH优化Trim建模PEM与TB NVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论24 7/21/2022目录Rieter 汽车： SAE论文戴姆勒克莱斯勒和三菱汽车：SAE论文25 7/21/2022多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用两层Trim系统的振动噪声建模Christian Y. Glandier, Ralf Lehmann, 戴姆勒克莱斯勒 AGTakashi Yamamoto，Yoshinobu Kamada,三菱汽车2005 SAE 论文汽车的研发，

13、为了节约时间和成本，对仿真日益依赖本文验证了地毯Trim系统的建模，采用毕奥理论多层部件，包括一个厚层和泡沫/纤维层仿真和测量结果比较：都考虑了结构和声学的结果包括舱体和自由声场的两种结果简介振动台激励框架，框架和Trim部件相连 两种辐射条件自由声场密闭的盒子测试设备Excitation systemFree field radiation / closed box radiation每层，包括框架和空气，都采用有限单元使用如下参数： 模型描述结构结果结果Acceleration at the center of the panel (fibrous trim)Mean Velocity o

14、f the Heavy Layer (fibrous trim)声学结果仿真结果和实验结果，吻合相当好结果（续）SPL at 1m (foam trim)SPL at 1m (fibrous trim)Dodge Neon 模型考虑两个Trim部件：仪表板地板32 7/21/2022案例：Trim的影响测试蓝色曲线：不考虑Trim (Nastran w/o PEM)红色曲线： 考虑Trim (Nastran PEM)10dB当前的整车级NVH优化Trim建模PEM与TB NVH多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用结论33 7/21/2022目录MSC Nastran PEM技术，在系统级的整备车身NVH计算中，可以精确对多孔材料进行建