減少設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品所需的開發(fā)時(shí)間和所耗資源，一直是一個(gè)重大的產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)。不同CAE技術(shù)的集成讓我們朝這個(gè)目標(biāo)向前邁進(jìn)了一步。本文將討論Adams與Actran，MSC軟件公司的MBD與聲學(xué)解決方案，如何組合并集成在一起，使MBD工程師在設(shè)計(jì)流程的早期洞察運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的聲學(xué)行為具備可能。同時(shí)，聲學(xué)工程師還可以從聲學(xué)結(jié)果的進(jìn)一步后處理中得到更多有價(jià)值的信息。



多體動(dòng)力學(xué)耦合聲學(xué)分析

通常來說，預(yù)測出自諸如傳輸系統(tǒng)或變速箱這樣的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲是很難的。如果沒有準(zhǔn)確地預(yù)測系統(tǒng)動(dòng)態(tài)如何影響其噪聲性能的能力，工程師們就沒有一個(gè)有效的方 法來重新設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)，以提高聲學(xué)性能。傳統(tǒng)的工作流程涉及三個(gè)界面，多體動(dòng)力學(xué)（MBD）工具，有限元分析（FEA）工具和聲學(xué)軟件。首先，工程師將 需要在MBD工具里執(zhí)行動(dòng)力學(xué)分析以獲取齒輪殼表面的動(dòng)態(tài)載荷，因?yàn)闀r(shí)域結(jié)果通常不能被聲學(xué)軟件直接讀取，他們需要在頻域下轉(zhuǎn)換成完全的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，然后， 他們將可以最終把表面振動(dòng)讀取到聲學(xué)軟件中，并用它作為邊界條件。這個(gè)工作流程是相當(dāng)費(fèi)力的，每次有設(shè)計(jì)變更時(shí)都可能需要多個(gè)CAE工程師一起合作。

MSC 軟件公司最近已經(jīng)開發(fā)了一種新的方法，允許工程師在ADAMS界面進(jìn)行建模，并在沒有手動(dòng)導(dǎo)出結(jié)果到聲學(xué)軟件進(jìn)行噪聲分析的情況下獲取聲學(xué)行為的初步結(jié)果 和印象。這種新工作流程大大減少了對諸如變速箱這樣的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)分析的時(shí)間和成本，與傳統(tǒng)方法相比，新方法使工程師對新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在同樣的時(shí)間里能 做更多的迭代。

變速箱的實(shí)例

讓我們考慮一個(gè)變速箱的例子：齒輪運(yùn)動(dòng)引起變速箱的振動(dòng)，這種振動(dòng)又會(huì)影響齒輪的物理行為從而引發(fā)強(qiáng)耦合問題。振動(dòng)的變速箱也會(huì)將能量轉(zhuǎn)換到周邊流體以及將 能量轉(zhuǎn)換成由其輻射的聲波。同時(shí)，聲波也會(huì)影響結(jié)構(gòu)振動(dòng)。然而，如果一方面多體動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)仿真領(lǐng)域通常是強(qiáng)耦合的，并可以同時(shí)被求解，而另一方面，當(dāng)考慮發(fā)生在空氣中的聲輻射時(shí)，從聲波到結(jié)構(gòu)的反饋又會(huì)被忽略。

要評估的聲學(xué)響應(yīng)，我們可以考慮在變速箱周圍分布一些麥克風(fēng)。在Adams模型中，變速箱外殼 被考慮成彈性體以捕捉其表面響應(yīng)。變速箱的剩余部分（如齒輪、軸、軸承等）是剛性部件。建立Adams模型后，執(zhí)行一個(gè)5s 動(dòng)力學(xué)分析， 輸入軸的轉(zhuǎn)速從0到3000rpms 加大。從分析中，我們得到了每個(gè)組件的負(fù)載和接觸力輸出，以及每個(gè)系統(tǒng)部件的位移，速度和加速度輸出。以下MBD仿真，仍然在ADAMS環(huán)境中進(jìn)行，聲學(xué)工具啟動(dòng)以建立諸如聲學(xué)網(wǎng)格、無限元半徑、聲速、流體密度、輸出格式、聲環(huán)境（材料）等的聲學(xué)分析參數(shù)。這個(gè)工具所做的事情，就是將MBD結(jié)果轉(zhuǎn)換成的聲 學(xué)模型所需的邊界條件，并在后臺(tái)使用新的Actran時(shí)域求解器執(zhí)行聲學(xué)分析。在Adams環(huán)境中進(jìn)行聲學(xué)仿真時(shí)，你可以到MBD后處理器中得到這個(gè)變速 箱殼體的一些聲學(xué)結(jié)果，比如每個(gè)麥克風(fēng)位置圍繞麥克風(fēng)的時(shí)域下的聲壓演化以及聲音文件（.WAV）。

總結(jié)

CAE技術(shù)集成的先進(jìn)性使開發(fā)時(shí)間和所耗資源減少。本文通過說明如何集成Adams和Actran提高CAE工程師的工作流程效率，提供了一個(gè)展示這些好處的例 子。具體而言，將多體動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)時(shí)域分析集成到Adams環(huán)境，使MBD工程師進(jìn)行產(chǎn)品的初步聲學(xué)性能評價(jià)。得益于音頻文件的生成，這些評價(jià)同時(shí)包括了 噪聲質(zhì)量的考察。最后，只有在最相關(guān)的案例中，才需要由聲學(xué)工程師在Actran環(huán)境中執(zhí)行高級的后處理。