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汽車NVH分析中如何優(yōu)化傳涵的響應(yīng)？

2021-03-01 10:32:37·  來源：誤入CAE的程序員  作者：朱淑強(qiáng)  
　
優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型一般由設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件三部分組成，可以寫成以下的統(tǒng)一形式： 所以，歸屬于有限元結(jié)構(gòu)的相關(guān)優(yōu)化中，需要設(shè)置以下的一些內(nèi)容： 設(shè)計(jì)變量——數(shù)學(xué)模型中的變量x。有限元模型中常見的變量有材料彈性模量，尺寸厚度等 目標(biāo)函數(shù)——數(shù)
優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型一般由設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件三部分組成，可以寫成以下的統(tǒng)一形式：
所以，歸屬于有限元結(jié)構(gòu)的相關(guān)優(yōu)化中，需要設(shè)置以下的一些內(nèi)容：
  • 設(shè)計(jì)變量——數(shù)學(xué)模型中的變量x。有限元模型中常見的變量有材料彈性模量，尺寸厚度等
  • 目標(biāo)函數(shù)——數(shù)學(xué)模型中的f(x)。有限元模型中的目標(biāo)函數(shù)使用較多的還是質(zhì)量，其次體積百分比也有較多應(yīng)用。
  • 約束條件——數(shù)學(xué)模型中的g_u和h_v函數(shù)。有限元模型中一般為某單元應(yīng)力的大小，某節(jié)點(diǎn)的位移大小，某結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的加速度的大小以及某聲腔節(jié)點(diǎn)的聲壓大小。
在有限元仿真的實(shí)際案例優(yōu)化中，約束目標(biāo)和約束條件實(shí)際上是可以互換的，這樣做的先決條件取決于你想要達(dá)成什么樣的目標(biāo)，想看到什么樣的優(yōu)化結(jié)果，需要具體問題具體來分析。
 
回望汽車的NVH性能分析工況，大部分的工況本質(zhì)上是一種頻響分析，其結(jié)果均為*.pch文件，即橫坐標(biāo)為頻率、縱坐標(biāo)為賦值的結(jié)果類型，對汽車的NVH性能優(yōu)化實(shí)際上可以看做是對響應(yīng)結(jié)果曲線的某個(gè)或者某幾個(gè)峰值的優(yōu)化。下面以一個(gè)簡單的NTF傳遞函數(shù)來簡略說明優(yōu)化的一般設(shè)置。
如下圖所示，為某傳涵的結(jié)果，結(jié)果中可見，在大約32Hz時(shí)候，NTF傳涵具有明顯峰值，峰值約68dB，超過目標(biāo)值58dB。下面需要對該峰值進(jìn)行優(yōu)化。
step1：定義優(yōu)化變量
優(yōu)化的不同類型，選擇變量是不同的。優(yōu)化分為拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化和尺寸優(yōu)化。以尺寸優(yōu)化為例，變量一般主要優(yōu)化的是零件厚度，使用Analysis-optimization-gauge一次性定義多個(gè)零件的厚度變量范圍：
step2：定義優(yōu)化分析中的響應(yīng)
優(yōu)化分析中需要定義兩個(gè)重要的響應(yīng)類型：約束和優(yōu)化目標(biāo)，這兩者均需要提取優(yōu)化分析中的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。響應(yīng)的定義均可以通過OptiStruct提供的響應(yīng)卡片DRESP1、DRESP2、DRESP3來實(shí)現(xiàn)。
首先，定義全局質(zhì)量響應(yīng)：
DRESP1 1 R1_mass MASS

其次，定義傳涵本身的響應(yīng)：

例如，提取傳涵中響應(yīng)點(diǎn)90004001在30Hz頻響分析中壓強(qiáng)幅值的響應(yīng)
DRESP1 10001 R1_10001 FRPRES M-PRES 30.90004001

由于DRESP1提取的是該點(diǎn)的聲壓響應(yīng)，需要轉(zhuǎn)化為無量綱的單位dB，這里使用DRESP2和DEQATAN卡片來進(jìn)行響應(yīng)的轉(zhuǎn)換：

DRESP2 20001 R2_20001 300+ DRESP1L 10001 3DEQATN 300 f0(x1)=20*log10(x1/2.0e-11);

本例中，由于峰值頻率為32Hz，所以可以對27-40Hz范圍內(nèi)的頻率分別設(shè)置DRESP1和DRESP2的響應(yīng)卡片，提取這個(gè)頻率段的頻響結(jié)果值。

step3：定義約束
使用卡片DCONSTR來定義單個(gè)頻率點(diǎn)的約束，例如約束30Hz的曲線結(jié)果不能超過58dB：
DConSTR 30001 20001 58.

然后用卡片DCONADD將這些約束卡片組裝成一個(gè)整體，一遍調(diào)用。step4：定義優(yōu)化目標(biāo)

一般取前面定義的質(zhì)量響應(yīng)作為優(yōu)化目標(biāo)：
DESOBJ(MIN) = 1

但一般來講，質(zhì)量的約束目標(biāo)和傳涵的約束兩者之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，這樣獲取的結(jié)果的意義也是不一樣的，關(guān)鍵看本次優(yōu)化的目的是什么。

以上給出了基于OptiStruct設(shè)置傳涵優(yōu)化的一般步驟，更加復(fù)雜的整車工況，例如idle/WOT/roadnoise可以大致參考，但卡片的設(shè)置會稍微復(fù)雜，但主要設(shè)置的思想是不變的，hm端界面操作設(shè)置可能比較復(fù)雜繁瑣，但可以考慮實(shí)現(xiàn)程序自動化，像筆者就寫了一個(gè)程序來實(shí)現(xiàn)，非常簡單。
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