今天，小編要給大家分享的是如何使用Hypermesh 與 Nastran對(duì)內(nèi)飾車身模型進(jìn)行聲振靈敏度分析，以及如何使用Hypergraph對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行后處理。

分析模型搭建

因?yàn)楸敬畏治鰹槁曊耢`敏度分析（NTF），所以這次分析除了需要建立一個(gè)內(nèi)飾車身網(wǎng)格模型外，還需要建立一個(gè)聲腔網(wǎng)格模型，這樣車身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)才能通過向聲腔輻射聲波。詳細(xì)的模型搭建過程在這里就不詳細(xì)說了，主要給大家講講一些建模時(shí)需要注意的點(diǎn)：

內(nèi)飾車身建模

導(dǎo)入CATIA 內(nèi)飾車身CAD模型進(jìn)到Hypermesh界面，對(duì)板件進(jìn)行抽中面處理，然后對(duì)中面進(jìn)行幾何修整，最后把其劃分shell片體網(wǎng)格；同理，對(duì)于3D實(shí)體，模型修整后劃分成solid實(shí)體網(wǎng)格；

注意劃分網(wǎng)格時(shí)，每個(gè)部件需要單獨(dú)放在一個(gè)component（部件）里，便于前期不同材料屬性的賦予以及后期做結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)替換或更改；

把同一個(gè)總成里面的所有部件放到一個(gè)assembly（裝配體）里面，便于模型的操作，這些都是做好分析工作的良好習(xí)慣；

車門與車身，窗玻璃與門框之間有密封條連接，密封條的模擬主流有以下幾種方法，如下表所示為5家不同的主機(jī)廠密封條創(chuàng)建方式（具體剛度數(shù)值還與實(shí)際的密封條材料有關(guān)）：



機(jī)艙蓋，車門，背門鉸鏈用剛性單元連接的時(shí)候要釋放轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
車門鎖與車身的連接也要通過CBUSH+RBE2連接，模擬門鎖剛度；
緩沖塊stopper需要通過CBUSH+RBE2連接，模擬阻尼剛度；
有傳動(dòng)關(guān)系的部件（方向盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳動(dòng)軸等）需要通過MPC連接進(jìn)行運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)；
車身內(nèi)飾件，附件，質(zhì)量塊等不需要重點(diǎn)考察的部件通過質(zhì)心mass+rbe2+rbe3來定義即可；
其它部件像線束，地毯，前圍毯，頂棚隔音棉等等，可用非結(jié)構(gòu)質(zhì)量NSM分布到車身上進(jìn)行模擬。

聲腔建模

通過Hypermesh中Acoustic Cavity Mesh功能創(chuàng)建聲腔模型，聲腔的材料卡片要改為流體材料MAT10，設(shè)置定義空氣密度與聲速即可，對(duì)于單元屬性property中，積分形式ISOP改成全積分FULL，F(xiàn)CTN選擇PFLUID即可；

同理，畫出車內(nèi)座椅的網(wǎng)格模型，由于座椅內(nèi)部為松散的海綿等材料，里面填充著大量的空氣，所以我們同樣把座椅材料定義為流體材料MAT10，定義密度比空氣的密度高一個(gè)數(shù)量級(jí)即可，其余設(shè)置保持與聲腔一致；

在NTF分析中，聲腔單元與車身結(jié)構(gòu)單元需要進(jìn)行流固耦合，固需要把聲腔模型單元的節(jié)點(diǎn)設(shè)成 CD=-1，使軟件能識(shí)別出流固耦合節(jié)點(diǎn)；

其余的簡(jiǎn)單連接在這里就不詳細(xì)說了，想知道更多的，讀者可以后臺(tái)留言，我懂的，我都會(huì)告訴你們。

經(jīng)過細(xì)心耐心的車身建模工作后，你將會(huì)得到以下兩個(gè)模型，內(nèi)飾車身與聲腔網(wǎng)格模型。到這里，內(nèi)飾車身的網(wǎng)格建模工作就到此為止了。


內(nèi)飾車身網(wǎng)格（左） 聲腔網(wǎng)格（右）

NTF分析邊界條件
設(shè)置模態(tài)提取范圍

創(chuàng)建load collector選擇控制卡片EIGRL，起名為 "eigrl" 設(shè)置提取的模態(tài)頻率范圍為5~525Hz.


load collector - eigrl

由于本次NTF分析需要求解出350HZ以內(nèi)的噪音響應(yīng)結(jié)果，所以為了比較準(zhǔn)確地計(jì)算出響應(yīng)結(jié)果，提取模態(tài)范圍需要大約350*1.5=525Hz. 這是因?yàn)榘凑漳B(tài)理論，結(jié)構(gòu)響應(yīng)是所有振型按特定比例疊加而來，如果模態(tài)截止頻率偏低，會(huì)導(dǎo)致高階模態(tài)結(jié)果的缺失，響應(yīng)結(jié)果將會(huì)失真。然后，對(duì)于內(nèi)飾車身來說，高于求解頻率1.5倍以上的模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響較小，適當(dāng)忽略高頻模態(tài)，可以在保證精度的同時(shí)，有效提高計(jì)算求解速度。

定義激勵(lì)點(diǎn)位置

選擇控制卡DAREA來定義激勵(lì)點(diǎn)的位置，下面詳細(xì)說其中一個(gè)激勵(lì)點(diǎn)（前副車架前安裝點(diǎn)節(jié)點(diǎn)號(hào)為1002）的設(shè)置：


前副車架前安裝點(diǎn)

創(chuàng)建一個(gè)新load collector名為 “D1002” 點(diǎn)擊Hypermesh右下方中的Analysis > Constraints >進(jìn)到如下界面，點(diǎn)擊nodes選擇前副車架前安裝點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)號(hào)：1002）然后返回，更改loadtypes為DAREA，勾選dof3選擇激勵(lì)的方向?yàn)檎嘮向，激勵(lì)力的比例大小為1，點(diǎn)擊Creat創(chuàng)建，設(shè)置如下：


按上述方法把以下27個(gè)需要考察的激勵(lì)點(diǎn)，每個(gè)激勵(lì)點(diǎn)X, Y, Z三個(gè)方向都需要設(shè)置完成，共27*3=81個(gè)激勵(lì)，記住81個(gè)激勵(lì)點(diǎn)要分別單獨(dú)放在一個(gè)load collector 里面。


激勵(lì)點(diǎn)位置信息

設(shè)置完成后，在每個(gè)激勵(lì)點(diǎn)上都是出現(xiàn)一個(gè)三角形，如下圖所示：


激勵(lì)點(diǎn)示意圖

看到這里，大家是不是覺得設(shè)置的81個(gè)點(diǎn)太多，重復(fù)勞動(dòng)量太大，一臉懵逼了吧？好吧，其實(shí)有簡(jiǎn)便的方法能迅速完成這些重復(fù)的操作，后面我會(huì)和大家分享這個(gè)稍微高級(jí)的方法，在這一步大家主要是要了解每一設(shè)置步驟的具體意義。

設(shè)置激勵(lì)力頻率曲線
上一步我們?cè)O(shè)置了激勵(lì)點(diǎn)位置，與激勵(lì)力比例大小，這一步需要設(shè)置激勵(lì)力大小關(guān)于頻率變化的曲線，點(diǎn)擊圖示 load collector，


load collector快捷鍵

進(jìn)入界面選擇card image=TABLED1，起一個(gè)名字 “fre_range”，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入如下界面，TABLED1_NUM設(shè)為2，XAXIS與YAXIS均選擇LINEAR，表示線性關(guān)系，輸入x1=0,y1=0; x2=350, y2=1（描述在0~350HZ內(nèi)，激勵(lì)力大小為1的水平直線）。



激勵(lì)力頻率曲線設(shè)置

設(shè)置激勵(lì)載荷

上面步驟我們通過DEARE設(shè)置了激勵(lì)點(diǎn)位置與方向信息，通過TABLED1設(shè)置了激勵(lì)力關(guān)于頻率變化的曲線，這一步我們需要把這兩個(gè)設(shè)置好的要素放進(jìn)去RLOAD1卡片中，完成單激勵(lì)載荷定義。同樣點(diǎn)擊load collector選擇card image為RLOAD1，取一個(gè)名字 "R1002" 點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入設(shè)置界面。


創(chuàng)建RLOAD1

點(diǎn)擊EXCITED在彈出的窗口中選擇事先創(chuàng)建的 “D1002”，指定激勵(lì)點(diǎn)位置；點(diǎn)擊TC在彈出的窗口中選擇“fre_range"，指定激勵(lì)力頻率曲線，其余設(shè)置如下，然后點(diǎn)擊return退出。到這里，單個(gè)激勵(lì)載荷RLOAD1已經(jīng)創(chuàng)建好了。按同樣的方法將其余的80個(gè)單激勵(lì)載荷RLOAD創(chuàng)建出來。


單激勵(lì)載荷RLOAD1設(shè)置

上面講到的RLOAD1是單個(gè)載荷，現(xiàn)在我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的load collector，選擇card image 為DLOAD，取個(gè)名字 "L1002"，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入如下設(shè)置界面，點(diǎn)擊L(1)，然后選擇剛剛創(chuàng)建的 "R1002"，表示把單個(gè)激勵(lì)載荷放進(jìn)激勵(lì)集合L1002里面，然后在S與S1中輸入1（S=n，表示該激勵(lì)力集合以大小為n倍輸入到激勵(lì)點(diǎn)，S1=n表示單個(gè)激勵(lì)R1002以n倍的大小放進(jìn)集合里面，n 表示載荷比例），對(duì)于一些在同一個(gè)工況下需要同時(shí)多個(gè)載荷共同作用的情況，我們可以在DLOAD_NUM中輸入需要的載荷數(shù)目，即可同時(shí)設(shè)置多個(gè)載荷以及各載荷的比例大小，本次分析一個(gè)工況只需一個(gè)激勵(lì)載荷，所以DLOAD_NUM設(shè)為 1. 到這里，完整的激勵(lì)載荷就創(chuàng)建完成了。最后，按同樣的方法將其余的80個(gè)激勵(lì)載荷集合DLOAD創(chuàng)建出來。



載荷集合DLOAD的設(shè)置

求解頻率范圍設(shè)置
最后，需要設(shè)置計(jì)算求解響應(yīng)的頻率范圍，在定義模態(tài)提取頻率的時(shí)候有提到，所以本次計(jì)算響應(yīng)的頻率范圍為 25~350HZ. 創(chuàng)建load collector，選擇card image為FREQi，取名字為 "fre1002"，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入設(shè)置界面。勾選FREQ1，NUMBER_OF_FREQ1=1；設(shè)置F1 = 25, DF = 1, NDF = 325（表示計(jì)算響應(yīng)結(jié)果的初始頻率為25HZ，每隔1HZ提取一個(gè)結(jié)果，共325步）。



求解響應(yīng)頻率范圍設(shè)置

結(jié)構(gòu)阻尼的設(shè)置
創(chuàng)建load collector，選擇card image為TABDMP1，取名"sdamping"，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入設(shè)置界面，定義結(jié)構(gòu)阻尼曲線，詳細(xì)設(shè)置如下圖：



結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)置

流體阻尼的設(shè)置

以同樣的方式創(chuàng)建流體阻尼，起名為 "fdamping"，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入設(shè)置阻尼曲線界面，詳細(xì)設(shè)置如下所示：


流體阻尼設(shè)置

響應(yīng)測(cè)量設(shè)置

NTF分析中，主要需要考察的地方為駕駛員與乘客人耳處的附近的噪音情況，所以需要在這些位置上建立響應(yīng)結(jié)果測(cè)量點(diǎn)。具體步驟為創(chuàng)建一個(gè)set集合，命名為 "respond"，點(diǎn)擊Entity IDs選擇聲腔上3個(gè)人耳處附近的node（在藍(lán)色的網(wǎng)格中各選一個(gè)），然后返回。響應(yīng)測(cè)量點(diǎn)就設(shè)置完成了。


響應(yīng)點(diǎn)set設(shè)置


響應(yīng)點(diǎn)位置

到這里為止，所有的邊界條件已經(jīng)設(shè)置完成了。

工況步設(shè)置

在這里，我們同樣以前副車前安裝點(diǎn)1002作為詳細(xì)說明的例子。點(diǎn)擊Hypermesh右下方點(diǎn)擊Analysis選擇loadsteps進(jìn)入工況設(shè)置界面，起名為case1002，選擇type為fre.resp(mode)，表示以模態(tài)法計(jì)算的頻率響應(yīng)，勾選DLOAD選擇“L1002”，勾選METHOD(STRUCT)與METHOD(FLUID)選擇“eigrl”，勾選FREQ選擇“fre1002”，勾選SDAMPIN(STRUCT)選擇“sdamping”，勾選SDAMPING(FLUID)選擇“fdamping”，點(diǎn)擊create創(chuàng)建然后返回。這樣，第一個(gè)工況步就設(shè)置好了。按照同樣的步驟，把剩余的80個(gè)工況對(duì)應(yīng)設(shè)置一遍，所有的工況設(shè)置就完成了。


工況設(shè)置loadsteps

控制卡設(shè)置

在Hypermesh右下方點(diǎn)擊Analysis選擇control cards進(jìn)入設(shè)置界面，圖示標(biāo)綠都是需要設(shè)置的內(nèi)容，分別點(diǎn)擊SOL,PARAM, ACMODL, CASE_UNSUPPORTED_CARDS, GLOBAL_OUTPUT_REQUEST進(jìn)行設(shè)置，詳細(xì)設(shè)置如下圖所示，設(shè)置完成點(diǎn)擊return返回。


SOL設(shè)置


PARAM設(shè)置

AUTOSPC YES - 自動(dòng)約束不相關(guān)自由度
COUPMASS =1 啟動(dòng)耦合質(zhì)量計(jì)算
PREFDB = 2.E-11 參考聲壓


流固耦合 - ACMODL設(shè)置
INTER 流固耦合面檢測(cè)方式
FSET 耦合流體面（需要用set建立，然后被引用）
SSET 耦合結(jié)構(gòu)面（需要用set建立，然后被引用）
NORMAL 耦合關(guān)系檢測(cè)距離


case_unsupported_cards設(shè)置


global_output_request設(shè)置
在SETID中選擇創(chuàng)建的測(cè)量點(diǎn) "respond"，表示輸出該測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)結(jié)果
注意在Nastran中，聲壓響應(yīng)結(jié)果的輸出為：displacement的 X 向

設(shè)置完成后，點(diǎn)擊返回，然后導(dǎo)出BDF計(jì)算文件，提交NASTRAN計(jì)算。

分析結(jié)果后處理

計(jì)算完成后，會(huì)有一個(gè) .pch 后綴的結(jié)果文件，該計(jì)算結(jié)果為 "respond" 測(cè)量點(diǎn)處的聲壓值(dB)，為了便于聲壓結(jié)果的考察，我們一般采用聲壓級(jí)來表示，聲壓與聲壓級(jí)有以下關(guān)系：

聲壓級(jí) = 20log(聲壓 / 2e-11)

使用Hypergraph打開.pch結(jié)果文件，對(duì)數(shù)據(jù)手動(dòng)處理一下，把聲壓轉(zhuǎn)化成聲壓級(jí)數(shù)據(jù)，即可以得到下面NTF靈敏度曲線分析結(jié)果，橫坐標(biāo)是頻率值(Hz)，縱坐標(biāo)是聲壓級(jí)(dB)。該曲線圖表示單位力載荷激勵(lì)下，車內(nèi)人耳處的噪音響應(yīng)，三幅圖從左到右分別是單位力在前副車架前安裝點(diǎn)1002的X, Y, Z三個(gè)方向激勵(lì)下車內(nèi)人耳處的噪音響應(yīng)；一個(gè)圖上每一條曲線表示車內(nèi) "respond" 上三個(gè)不同位置的噪音響應(yīng)結(jié)果。對(duì)于本款車型，前排座椅人耳處，噪音級(jí)要低于55dB；后排座椅，噪音級(jí)要低于58dB.


NTF靈敏度曲線