近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的乘坐舒適性越來越重視，其中影響乘坐舒適性的一個(gè)重要因素就是車輛的NVH噪聲水平。一般來說，汽車在行駛過程中的噪聲主要可分為動(dòng)總噪聲、路噪以及氣動(dòng)噪聲，其中，氣動(dòng)噪聲會(huì)隨著車速提升逐步成為車輛的主要噪聲源。另外，隨著汽車動(dòng)力總成降噪技術(shù)和汽車電氣化的發(fā)展，氣動(dòng)噪聲分析已成為電動(dòng)汽車NVH研究的重要組成部分，而氣動(dòng)噪聲仿真也逐漸成為各大主機(jī)廠的研究熱點(diǎn)。

不同于車輛的路噪和動(dòng)總噪聲，氣動(dòng)噪聲的本質(zhì)是流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的非定常壓力脈動(dòng)，并以波動(dòng)形式向外傳播，歸根結(jié)底屬于流體動(dòng)力學(xué)問題。因此，在分析過程中，它會(huì)涉及到CFD和NVH之間的學(xué)科耦合。因此，在仿真分析中，我們經(jīng)常會(huì)遇到以下4種痛點(diǎn)，這些痛點(diǎn)或者說難點(diǎn)極大地影響了氣動(dòng)噪聲的分析效率和精度。

為解決以上痛點(diǎn)，西門子工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)結(jié)合國(guó)內(nèi)外豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，研究出了基于Simcenter3D和Simcenter StarCCM+的氣動(dòng)噪聲完整分析流程，極大地提高了氣動(dòng)噪聲的仿真效率。接下來，本文會(huì)以汽車氣動(dòng)噪聲中典型應(yīng)用來簡(jiǎn)要介紹西門子工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)的氣動(dòng)噪聲解決方案。

當(dāng)前，在汽車行業(yè)，氣動(dòng)噪聲的典型應(yīng)用很多，其中便包含了以下3種：風(fēng)噪、空調(diào)噪聲和冷卻風(fēng)扇噪聲。

01汽車風(fēng)噪應(yīng)用

汽車在行駛過程中的風(fēng)噪按照產(chǎn)生原理來說可分為好幾種，其中側(cè)窗、后視鏡、A柱附近區(qū)域的風(fēng)激噪聲通常是駕駛室內(nèi)部噪聲的主要貢獻(xiàn)，這里說的汽車風(fēng)噪應(yīng)用指的也是此處。

針對(duì)這個(gè)問題，研究發(fā)現(xiàn)，汽車側(cè)窗玻璃表面所受的壓力脈動(dòng)激勵(lì)是駕駛室內(nèi)部產(chǎn)生噪聲的主要原因。根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理不同，此處的壓力脈動(dòng)激勵(lì)主要分為兩類：聲壓脈動(dòng)激勵(lì)和湍流壓力脈動(dòng)激勵(lì)。二者對(duì)車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量會(huì)隨著分析頻率升高而不斷變化，所以一般都要從Simcenter StarCCM+輸出，作為載荷激勵(lì)。

汽車側(cè)窗風(fēng)噪的主要分析流程如下：

1.1湍流場(chǎng)的計(jì)算

根據(jù)要求，在Simcenter StarCCM+中建模并計(jì)算瞬態(tài)湍流場(chǎng)，輸出CNGS格式的聲壓脈動(dòng)激勵(lì)和湍流壓力脈動(dòng)激勵(lì)。

1.2載荷處理

把上一步得到的CNGS文件無縫導(dǎo)入到Simcenter3D中。

Simcenter 3D集成的載荷映射功能支持超大規(guī)模的載荷加載，加載后的載荷文件不會(huì)寫入內(nèi)場(chǎng)噪聲計(jì)算的dat文件中，而是會(huì)以二進(jìn)制的SCH5文件格式關(guān)聯(lián)到內(nèi)場(chǎng)噪聲求解文件中，大大縮短了前處理的時(shí)間。例如，網(wǎng)格（載荷）映射、FFT、Pressure to Force等操作皆可在幾秒內(nèi)快速完成計(jì)算。

另外，在這一步中，我們經(jīng)常會(huì)涉及到CFD網(wǎng)格和NVH網(wǎng)格的映射問題。一般來說，CFD網(wǎng)格的網(wǎng)格尺寸很小，網(wǎng)格數(shù)量很多，如果NVH網(wǎng)格也保持在相同維度，那無疑會(huì)大大增加求解時(shí)間。

為了解決這個(gè)問題，Simcenter 3D在網(wǎng)格映射中提供了“Conservative Pressure Mapping”技術(shù)。如下圖所示，使用這種方法，可以在保證映射精度的前提下，極大地縮減NVH網(wǎng)格，從而極大地提高了后面的求解效率。

1.3聲振耦合求解

這一步與常規(guī)的路噪分析流程類似，但由于氣動(dòng)噪聲涉及的頻率范圍較高，所以為了提高求解效率，建議使用FEMAO技術(shù)進(jìn)行求解。

FEMAO是Simceter 3D研發(fā)的一項(xiàng)先進(jìn)求解器技術(shù)，可以自適應(yīng)定義聲學(xué)網(wǎng)格階次。采用這個(gè)技術(shù)，我們可以使用同一套聲學(xué)網(wǎng)格來求解不同頻率分析范圍的聲壓。這意味著，即使求解的頻率很高，我們?nèi)匀豢梢允褂幂^大的聲學(xué)網(wǎng)格尺寸。那么，這無疑會(huì)提高低頻求解速度和高頻分析效率，從而大大地縮短整體的求解時(shí)間。

1.4后處理

Simcenter 3D擁有強(qiáng)大的后處理功能，操作簡(jiǎn)便快捷，可以快速地處理氣動(dòng)噪聲所需的各種2D或3D結(jié)果，如聲壓、加速度、載荷貢獻(xiàn)量、面板貢獻(xiàn)量等等。

02空調(diào)噪聲

這里的空調(diào)噪聲指的是空調(diào)系統(tǒng)的出口噪聲及其在車輛系統(tǒng)內(nèi)的傳播。其分析流程與汽車風(fēng)噪的分析流程比較類似，詳見下圖，這里不再贅述。

03冷卻風(fēng)扇噪聲

與前面氣動(dòng)噪聲分析流程類似，冷卻風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲分析經(jīng)常采用如下解決方案：

基于Simcenter 3D和Simcenter StarCCM+，我們可以分析冷卻風(fēng)扇噪聲在自由場(chǎng)中的傳播，也可以考慮車內(nèi)的反射/吸聲材料性質(zhì)，計(jì)算其在駕駛室內(nèi)的噪聲傳播。對(duì)于后者，簡(jiǎn)要步驟如下：

• 通過StarCCM+計(jì)算出風(fēng)扇葉片上的湍流脈動(dòng)壓力。

• 導(dǎo)入到Simcenter 3D的專有風(fēng)扇處理模塊，進(jìn)行載荷映射和風(fēng)扇段的生成。

• 基于風(fēng)扇參數(shù)定義響應(yīng)頻率。

• 氣動(dòng)噪聲的計(jì)算分析和后處理

綜上所述，基于先進(jìn)的軟件求解器技術(shù)和豐富的工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，我們使用Simcenter 3D和Simcenter StarCCM+軟件很好地解決了氣動(dòng)噪聲仿真分析中的難點(diǎn)/痛點(diǎn)，從而極大地提升研發(fā)效率。目前，這套解決方案已在寶馬、奔馳、沃爾沃、現(xiàn)代等主機(jī)廠得到了很好的實(shí)踐，同時(shí)在其他行業(yè)領(lǐng)域如航空、電子設(shè)備、工程機(jī)械等也都得到了一定應(yīng)用。如果您有氣動(dòng)噪聲的類似需求，歡迎與我們聯(lián)系。