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汽車舒適性要求越來越高，如何做好整車模型的振動噪聲（NVH）分析？
2018-02-26 23:33:26·
摘要NVH是噪聲、振動、舒適性（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。背景汽車振動噪聲(NVH)性能分析通
摘要
NVH是噪聲、振動、舒適性（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。
背景
汽車振動噪聲(NVH)性能分析通常采用基于模態(tài)的有限元分析方法。如果把相關(guān)的頻率范圍提高且覆蓋了大部分的聲譜，就能提高這種分析的準(zhǔn)確度。不過，是以犧牲模型尺寸為代價來提高準(zhǔn)確度，因此需要精細(xì)劃分網(wǎng)格才能準(zhǔn)確捕獲高頻狀態(tài)。
隨著模型尺寸的增加，我們需要更高效的數(shù)值方法來將分析時間控制在合理范圍內(nèi)。Abaqus6.6版推出的Abaqus自動多層次子結(jié)構(gòu)(AMS)特征求解器有助于滿足這一要求。
隨著6.7版推出新的SIM架構(gòu)，Abaqus中基于模態(tài)的線性動力學(xué)的性能也得到相應(yīng)提高。此外，SIM架構(gòu)還具有擴(kuò)展功能，包括損耗效應(yīng)，從而能在穩(wěn)態(tài)動力學(xué)(SSD)分析中使用結(jié)構(gòu)阻尼和材料粘滯阻尼。
分析目的是，論證了典型的整車NVH分析如何能從Abaqus/AMS和基于SIM的SSD分析方法中獲取更好的結(jié)果。
有限元分析法
圖1：整車模型
圖1所示的是當(dāng)前分析中所使用的乘用車整體模型。我們將考慮兩個SSD仿真。一個是僅針對結(jié)構(gòu)的非耦合分析，另一個是包含車內(nèi)空氣的耦合分析。
Abaqus中基于模態(tài)的SSD分析包括兩個分析步，一是特征值提取，隨后是頻率響應(yīng)計算。對當(dāng)前分析來說，頻率提取范圍的上限選定為450Hz，而頻率響應(yīng)計算最高為300Hz。
在兩個分析中，車輛的滾動通過前輪轉(zhuǎn)向節(jié)中心點施加集中載荷進(jìn)行仿真。這在圖1中標(biāo)注為“驅(qū)動點”。所有材料應(yīng)用結(jié)構(gòu)阻尼，而車輛在每個車輪的底部施加約束。
非耦合結(jié)構(gòu)分析
非耦合結(jié)構(gòu)模型有271,872個單元，激活的自由度有1,703,161。AMS特征求解器在全局截止頻率450 Hz下逼近2166個特征模態(tài)。與此形成對比的是，Lanczos特征求解器可計算2199個特征模式。AMS與Lanczos特征求解器采用不同的理論方法來確定特征解，因此在特定頻率范圍內(nèi)會發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的特征值。
AMS特征求解器計算所得自然頻率和Lanczos 特征求解器的相對誤差請見圖2。
圖2: Abaqus/AMS所得的自然頻率與Lanczos特征求解器所得結(jié)果的誤差比較。
在全局截止頻率450Hz下，相對誤差低于1.15%。在300Hz下，也就是頻率響應(yīng)分析最關(guān)注的區(qū)域，誤差低于0.45%。這說明AMS特征解算確定的頻率響應(yīng)函數(shù)中的共振峰值是準(zhǔn)確的。圖3給出了代表性的位移幅值輪廓圖。
圖3: 6.6 Hz對應(yīng)的第十個結(jié)構(gòu)特征模態(tài)
為了抵消求解特征頻率數(shù)量限制造成的截斷誤差，可以在頻率響應(yīng)分析中引入殘余模態(tài)。殘余模態(tài)是通過結(jié)構(gòu)承受一個單位載荷的靜力學(xué)響應(yīng)來表征的，單位載荷是與SSD中使用的真實載荷相對應(yīng)的。
頻率響應(yīng)函數(shù)采用1Hz的增量在1Hz到300Hz的范圍內(nèi)進(jìn)行計算。基于SIM的SSD分析程序的解算準(zhǔn)確度通過與SSD直接法程序相比較進(jìn)行定性評估。
請注意，直接求解SSD程序是以模型物理自由度直接進(jìn)行計算的，求解分別在兩個輸出位置加以比較，一個是駕駛員側(cè)的驅(qū)動點，另一個是傳輸點(圖1)。
NVH是噪聲、振動、舒適性（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。
背景
汽車振動噪聲(NVH)性能分析通常采用基于模態(tài)的有限元分析方法。如果把相關(guān)的頻率范圍提高且覆蓋了大部分的聲譜，就能提高這種分析的準(zhǔn)確度。不過，是以犧牲模型尺寸為代價來提高準(zhǔn)確度，因此需要精細(xì)劃分網(wǎng)格才能準(zhǔn)確捕獲高頻狀態(tài)。
隨著模型尺寸的增加，我們需要更高效的數(shù)值方法來將分析時間控制在合理范圍內(nèi)。Abaqus6.6版推出的Abaqus自動多層次子結(jié)構(gòu)(AMS)特征求解器有助于滿足這一要求。
隨著6.7版推出新的SIM架構(gòu)，Abaqus中基于模態(tài)的線性動力學(xué)的性能也得到相應(yīng)提高。此外，SIM架構(gòu)還具有擴(kuò)展功能，包括損耗效應(yīng)，從而能在穩(wěn)態(tài)動力學(xué)(SSD)分析中使用結(jié)構(gòu)阻尼和材料粘滯阻尼。
分析目的是，論證了典型的整車NVH分析如何能從Abaqus/AMS和基于SIM的SSD分析方法中獲取更好的結(jié)果。
有限元分析法
圖1：整車模型
圖1所示的是當(dāng)前分析中所使用的乘用車整體模型。我們將考慮兩個SSD仿真。一個是僅針對結(jié)構(gòu)的非耦合分析，另一個是包含車內(nèi)空氣的耦合分析。
Abaqus中基于模態(tài)的SSD分析包括兩個分析步，一是特征值提取，隨后是頻率響應(yīng)計算。對當(dāng)前分析來說，頻率提取范圍的上限選定為450Hz，而頻率響應(yīng)計算最高為300Hz。
在兩個分析中，車輛的滾動通過前輪轉(zhuǎn)向節(jié)中心點施加集中載荷進(jìn)行仿真。這在圖1中標(biāo)注為“驅(qū)動點”。所有材料應(yīng)用結(jié)構(gòu)阻尼，而車輛在每個車輪的底部施加約束。
非耦合結(jié)構(gòu)分析
非耦合結(jié)構(gòu)模型有271,872個單元，激活的自由度有1,703,161。AMS特征求解器在全局截止頻率450 Hz下逼近2166個特征模態(tài)。與此形成對比的是，Lanczos特征求解器可計算2199個特征模式。AMS與Lanczos特征求解器采用不同的理論方法來確定特征解，因此在特定頻率范圍內(nèi)會發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的特征值。
AMS特征求解器計算所得自然頻率和Lanczos 特征求解器的相對誤差請見圖2。
圖2: Abaqus/AMS所得的自然頻率與Lanczos特征求解器所得結(jié)果的誤差比較。
在全局截止頻率450Hz下，相對誤差低于1.15%。在300Hz下，也就是頻率響應(yīng)分析最關(guān)注的區(qū)域，誤差低于0.45%。這說明AMS特征解算確定的頻率響應(yīng)函數(shù)中的共振峰值是準(zhǔn)確的。圖3給出了代表性的位移幅值輪廓圖。
圖3: 6.6 Hz對應(yīng)的第十個結(jié)構(gòu)特征模態(tài)
為了抵消求解特征頻率數(shù)量限制造成的截斷誤差，可以在頻率響應(yīng)分析中引入殘余模態(tài)。殘余模態(tài)是通過結(jié)構(gòu)承受一個單位載荷的靜力學(xué)響應(yīng)來表征的，單位載荷是與SSD中使用的真實載荷相對應(yīng)的。
頻率響應(yīng)函數(shù)采用1Hz的增量在1Hz到300Hz的范圍內(nèi)進(jìn)行計算。基于SIM的SSD分析程序的解算準(zhǔn)確度通過與SSD直接法程序相比較進(jìn)行定性評估。
請注意，直接求解SSD程序是以模型物理自由度直接進(jìn)行計算的，求解分別在兩個輸出位置加以比較，一個是駕駛員側(cè)的驅(qū)動點，另一個是傳輸點(圖1)。
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