汽車振動噪聲分析方法概述

　　一、經典方法

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

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

　　二、有限元方法

　　經典方法只適合于分析很低頻率的整體模態。如果要考慮整車中各個系和部件的局部振動，以及修改汽車結構設計，上面的方法就無能為力了。汽車是一個彈性結構，整體和局部振動特征都很重要。于是在分析整車低頻振動問題和建立模型時，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。在粗略分析整車各個系統振動特征時，可以建立網格相對粗的模型。當要對整車振動特征進行細致分析時，就必須建立網格非常細的模型。通常這種模型中節點間的距離僅為5mm，一部整車的有限元模型的節點和單元可以達到幾百萬個甚至上千萬。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和各個系統的模態和模態頻率，并且能動態演示整車模態。

　　有限元方法是用有限單元將結構彈性域或空氣域離散化，根據力學方程或聲波動方程，得到聯立代數方程式，通過求解代數方程式得到結構彈性或聲傳播空氣域中的振動和聲特性。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，但計算時間也愈長。結構劃分的單元的振動頻率必須高于要計算的整體結構的振動頻率，否則單元需進一步劃分。單元的劃分需與計算精度匹配。有限元分析方法在汽車方面的應用有：汽車零部件有限元分析、懸架結構有限元分析、車架有限元分析、車身有限元分析、輪胎有限元分析、汽車碰撞有限元分析和汽車結構有限元優化設計等。應用軟件有ANSYS等。

　　ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場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開發。

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

　　軟件主要包括三個部分：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強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型;

　　分析計算模塊包括結構分析(可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力;后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、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，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。

　　軟件提供了100種以上的單元類型，用來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模擬和分析。有限元方法也可以模擬和分析振動和聲的耦合，但對聲空間的模擬和分析基本沿用對結構振動的處理方法，常常限于封閉空間。當聲空間體積增大，模態密度急劇增大，有限元方法的運算量急劇增大，此時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題有獨特的優越性，因而在實際中得到應用。

　　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速度兩個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速度可以實測得到，也可以通過計算得到。對于結構表面復振動速度的計算，邊界元方法常常借用有限元方法。整車結構振動分析使用有限元模型，車內空腔的聲場分析使用邊界元模型。應用軟件有SYSNOISE等。

　　SYSNOISE軟件是比利時一家國際著名的振動和聲學測試分析軟件公司-LMS 公司的大型聲學計算分析商品軟件。該軟件在聲學計算分析領域中占據國際領先地位，它為噪聲控制專業工程技術人員提供了在產品設計開始階段，預報和解決聲學問題，受到一致好評。美國的 NASA(國家航空航天中心)、FORD 汽車公司、MOTOROLA 通訊公司和BOSE 音箱公司，國內著名大學、研究所和一些著名的大公司，如哈爾濱工業大學、上海交通大學、西北工業大學、中船總公司第 701 研究所、第 719 研究所、上海大眾汽車工業公司等都購買了該軟件。

　　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。結構振動時會產生聲輻射。結構振動可以是實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本身具有振動響應的有限元方法計算功能，也可以從測得的模態數據和給定的激勵計算速度響應。SYSNOISE進一步可以利用這些數據計算結構表面的聲壓和結構周圍的聲場分析。

　　2、聲散射計算

　　3、空氣噪聲傳遞計算:結構-聲場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，以及聲學載荷引起的聲學響應。可計算得到的結果包括：聲壓，輻射功率，質點速度，聲強，板塊貢獻量，能量密度，聲-振靈敏度，純模態，結構撓度，等等。

　　為了描述聲學媒質，SYSNOISE利用了最先進的數字方法。它們基于直接和間接邊界元方法，或者聲學有限元/無限元的聲學方程。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格生成工具導入。所有分析模塊都完全集成在核心環境中，支持多模型和三維圖形。

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