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基于自動化腳本及有限元建模的隔聲優(yōu)化設計
2018-07-20 23:31:51· 來源：MSC軟件
其中S是試件在發(fā)聲室一側的聲波接觸面積，A是受聲室的等效吸聲量。
分別選取了四種仿真計算方法/軟件：有限元FEM方法（Actran軟件）、有限元FEM方法（Nastran軟件）、邊界元BEM方法（某軟件）、統(tǒng)計能量SEA方法來進行仿真建模和計算。在仿真模型中，要模擬發(fā)聲混響室中的擴散聲場激勵以及受聲室中結構透聲的半自由聲輻射（試件墻對聲輻射是一個反射面）。
圖 7即本例的研究對象。前圍板由鈑金件、外層泡沫、防撞板、內層泡沫、重層及棉纖維無紡布覆蓋構成。
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圖 7前圍板結構示意圖
Nastran中模擬泡沫模型、防撞板、重層和棉纖維無紡布的聲振特性時，需要依賴于Nastran PEM模塊。Nastran PEM采用Actran的彈性多孔材料求解技術，是Nastran中專門用來進行多孔彈性材料聲振性能模擬的模塊。對多孔彈性材料進行精確建模，不僅考慮在材料孔隙中的空氣傳聲、損耗以及多孔材料骨架結構上的固體傳聲，還考慮了聲波在孔隙和結構之間傳遞的相互作用，見圖 8。由此也可以看出，Actran對于多孔彈性材料的模擬技術全方面的考慮了多孔材料作為有形結構體的振動特性，同時還考慮了孔隙當中的聲傳播特性。為了驗證Nastran PEM和Actran計算結果的一致性，本案例中分別進行了在Nastran PEM中的計算和Actran中的計算。
圖 8多孔彈性材料傳聲示意圖
模擬結果與實驗的對比如圖 9所示。各種方法均在600Hz以上與實驗測試結果吻合度很好，并且呈現(xiàn)出每倍頻程增加6dB的趨勢，可見由600Hz到2000Hz是質量控制區(qū)。在600Hz以下的頻率段，各種方法計算結果相差較大。其中Actran與Nastran PEM相似度非常高，并且與實驗結果也更貼合。而SEA方法以及BEM方法對于此類復合板件隔聲問題與實驗數(shù)據(jù)在低頻段偏離較大。
圖 9各種方法結果對比
大眾汽車前圍板隔聲量仿真的案例說明了仿真計算方法在評估結構透聲問題上是可行且準確的。如果能夠結合優(yōu)化程序，可以進一步提高結構的隔聲性能，并且達到減重、降成本的目的。下面案例即采用Actran內置的優(yōu)化算法NLOpt進行板件隔聲量自動優(yōu)化。
分別選取了四種仿真計算方法/軟件：有限元FEM方法（Actran軟件）、有限元FEM方法（Nastran軟件）、邊界元BEM方法（某軟件）、統(tǒng)計能量SEA方法來進行仿真建模和計算。在仿真模型中，要模擬發(fā)聲混響室中的擴散聲場激勵以及受聲室中結構透聲的半自由聲輻射（試件墻對聲輻射是一個反射面）。
圖 7即本例的研究對象。前圍板由鈑金件、外層泡沫、防撞板、內層泡沫、重層及棉纖維無紡布覆蓋構成。
圖 7前圍板結構示意圖
Nastran中模擬泡沫模型、防撞板、重層和棉纖維無紡布的聲振特性時，需要依賴于Nastran PEM模塊。Nastran PEM采用Actran的彈性多孔材料求解技術，是Nastran中專門用來進行多孔彈性材料聲振性能模擬的模塊。對多孔彈性材料進行精確建模，不僅考慮在材料孔隙中的空氣傳聲、損耗以及多孔材料骨架結構上的固體傳聲，還考慮了聲波在孔隙和結構之間傳遞的相互作用，見圖 8。由此也可以看出，Actran對于多孔彈性材料的模擬技術全方面的考慮了多孔材料作為有形結構體的振動特性，同時還考慮了孔隙當中的聲傳播特性。為了驗證Nastran PEM和Actran計算結果的一致性，本案例中分別進行了在Nastran PEM中的計算和Actran中的計算。
圖 8多孔彈性材料傳聲示意圖
模擬結果與實驗的對比如圖 9所示。各種方法均在600Hz以上與實驗測試結果吻合度很好，并且呈現(xiàn)出每倍頻程增加6dB的趨勢，可見由600Hz到2000Hz是質量控制區(qū)。在600Hz以下的頻率段，各種方法計算結果相差較大。其中Actran與Nastran PEM相似度非常高，并且與實驗結果也更貼合。而SEA方法以及BEM方法對于此類復合板件隔聲問題與實驗數(shù)據(jù)在低頻段偏離較大。
圖 9各種方法結果對比
大眾汽車前圍板隔聲量仿真的案例說明了仿真計算方法在評估結構透聲問題上是可行且準確的。如果能夠結合優(yōu)化程序，可以進一步提高結構的隔聲性能，并且達到減重、降成本的目的。下面案例即采用Actran內置的優(yōu)化算法NLOpt進行板件隔聲量自動優(yōu)化。
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