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基于PEM的整备车身（TrimmedBody）振动噪声精确预测-来源于声学模拟专家Actran姜正旭July6,2020MSCSoftwareConfidential•当前的整车级NVH优化•Trim建模•PEM与TBNVH•多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用•结论27/6/2020目录MSCSoftwareConfidential•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当前的整车级NVH优化–内噪声7/6/2020有限元：结构有限元：流体MSCSoftwareConfidential•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47/6/2020当前的整车级NVH优化–内噪声（续）MSCSoftwareConfidential•降低驾驶员耳部声压57/6/2020案例：日产汽车FRE/NTGzexcitation-SPLatPassenger'sear35404550556065202530354045505560Frequency(Hz)SPL/Excite(dB)BeforeAfter驾驶员耳畔声压整车模型：来源于日产汽车MSCVPD大会MSCSoftwareConfidential•地貌优化自MSCNastran2008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。•MSCNastran2010引入新的优化算法IPOPT，可以设计变量数目可达几万个。67/6/2020案例：地貌优化MSCSoftwareConfidential•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ACMODL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750Hz77/6/2020优化有限元模型Exampletrimmedbody(TB)model–windowsremovedforinteriorvisibilityExamplepartofaBIWconstitutingoptimisationsetof418148shellelementsMSCSoftwareConfidential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，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20－250Hz•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MSCNastran2008BIGOT和2011IPOPT优化算法进行优化•优化问题在6次迭代后收敛87/6/2020工况1：优化噪声传递函数(NTF)MSCSoftwareConfidential97/6/2020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LHSRrSubFFrmntZtoDriver’sEarRHSRrSubFFrmntZtoFrontPassEar5dBMSCSoftwareConfidential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107/6/2020工况1：优化噪声传递函数(NTF)厚度分布（MSCNastran2008BIGDOT）厚度分布（MSCNastran2011IPOPT）MSCSoftwareConfidential•当前的整车级NVH优化•Trim建模•PEM技术与TBNVH•多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用•结论117/6/2020目录MSCSoftwareConfidential•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，MSCNastran2013引入完整的解决方案，考虑Trim对于车身的影响127/6/2020Trim建模MSCSoftwareConfidential•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137/6/2020Trim部件MSCSoftwareConfidential•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，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，WEIGHTCHECK147/6/2020Trim质量的建模空调质量的考虑质量检查MSCSoftwareConfidential•当前的整车级NVH优化•Trim建模•PEM技术与TBNVH•多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用•结论157/6/2020目录MSCSoftwareConfidential•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167/6/2020多孔介质材料MSCSoftwareConfidential•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–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177/6/2020多孔介质材料的定义来源于Rieter汽车MSCSoftwareConfidential•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187/6/2020Trim网格和结构/声腔的耦合支持的单元MSCSoftwareConfidential•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），拓展了耦合的物理条件197/6/2020Trim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MSCSoftwareConfidential207/6/2020TB（TrimmedBody）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)MSCNastranPEM+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(BIB)MSCNastran不包括声腔的车身应用：振动V分析白车身(BIW)MSCNastranMSCSoftwareConfidential•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217/6/2020当前TBNVH计算流程MSCSoftwareConfidential•采用MSCNastranPEM(PEM用于多孔材料），计算流程基本系统，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227/6/2020采用PEM的TBNVH计算流程MSCSoftwareConfidential•结构,声腔和Trim部件可以分别建模采用不协调网格237/6/2020采用PEM的TBNVH计算流程（续）结构声腔Trim声腔湿节点结构湿节点结构声腔Trim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MSCSoftwareConfidential•当前的整车级NVH优化•Trim建模•PEM与TBNVH•多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用•结论247/6/2020目录MSCSoftwareConfidential•Rieter汽车：SAE论文•戴姆勒克莱斯勒和三菱汽车：SAE论文257/6/2020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ChristianY.Glandier,RalfLehmann,戴姆勒克莱斯勒AGTakashiYamamoto，YoshinobuKamada,三菱汽车2005SAE论文MSCSoftwareConfidential•汽车的研发，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MSCSoftwareConfidential•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ExcitationsystemFreefieldradiation/closedboxradiationMSCSoftwareConfidential•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MSCSoftwareConfidential•结构结果结果Accelerationatthecenterofthepanel(fibroustrim)MeanVelocityoftheHeavyLayer(fibroustrim)MSCSoftwareConfidential•声学结果•仿真结果和实验结果，吻合相当好结果（续）SPLat1m(foamtrim)SPLat1m(fibroustrim)MSCSoftwareConfidential•DodgeNeon模型•考虑两个Trim部件：–仪表板–地板327/6/2020案例：Trim的影响测试蓝色曲线：不考虑Trim(Nastranw/oPEM)红色曲线：考虑Trim(NastranPEM)10dBMSCSoftwareConfidential•当前的整车级NVH优化•Trim建模•PEM与TBNVH•多孔介质仿真在车辆NVH中成功应用•结论337/6/2020目录MSCSoftwareConfidential•MSCNastranPEM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