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基于自動(dòng)化腳本及有限元建模的隔聲優(yōu)化設(shè)計(jì)

2018-07-20 23:31:51·  來源：MSC軟件  
　
其中S是試件在發(fā)聲室一側(cè)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(jì)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(jì)能量SEA方法來進(jìn)行仿真建模和計(jì)算。在仿真模型中，要模擬發(fā)聲混響室中的擴(kuò)散聲場激勵(lì)以及受聲室中結(jié)構(gòu)透聲的半自由聲輻射（試件墻對(duì)聲輻射是一個(gè)反射面）。
圖 7即本例的研究對(duì)象。前圍板由鈑金件、外層泡沫、防撞板、內(nèi)層泡沫、重層及棉纖維無紡布覆蓋構(gòu)成。

圖 7前圍板結(jié)構(gòu)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(shí)，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(shù)，是Nastran中專門用來進(jìn)行多孔彈性材料聲振性能模擬的模塊。對(duì)多孔彈性材料進(jìn)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(jié)構(gòu)上的固體傳聲，還考慮了聲波在孔隙和結(jié)構(gòu)之間傳遞的相互作用，見圖 8。由此也可以看出，Actran對(duì)于多孔彈性材料的模擬技術(shù)全方面的考慮了多孔材料作為有形結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)特性，同時(shí)還考慮了孔隙當(dāng)中的聲傳播特性。為了驗(yàn)證Nastran PEM和Actran計(jì)算結(jié)果的一致性，本案例中分別進(jìn)行了在Nastran PEM中的計(jì)算和Actran中的計(jì)算。

圖 8多孔彈性材料傳聲示意圖

模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比如圖 9所示。各種方法均在600Hz以上與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合度很好，并且呈現(xiàn)出每倍頻程增加6dB的趨勢(shì)，可見由600Hz到2000Hz是質(zhì)量控制區(qū)。在600Hz以下的頻率段，各種方法計(jì)算結(jié)果相差較大。其中Actran與Nastran PEM相似度非常高，并且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更貼合。而SEA方法以及BEM方法對(duì)于此類復(fù)合板件隔聲問題與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在低頻段偏離較大。

圖 9各種方法結(jié)果對(duì)比

大眾汽車前圍板隔聲量仿真的案例說明了仿真計(jì)算方法在評(píng)估結(jié)構(gòu)透聲問題上是可行且準(zhǔn)確的。如果能夠結(jié)合優(yōu)化程序，可以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的隔聲性能，并且達(dá)到減重、降成本的目的。下面案例即采用Actran內(nèi)置的優(yōu)化算法NLOpt進(jìn)行板件隔聲量自動(dòng)優(yōu)化。
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