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NVH振动、噪声分析

NVH(N-Noise,V-vibration,H-hashness)性能是车辆舒适性的重要指标,各个主机厂都配备测试及仿真部门对其进行研究。另外振动和噪声也会影响设备安全性、稳定性,其在航空航天、船舶、家电、建筑刚也也受到重视。

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振动噪声(NVH)分析案例 阅读并了解我们如何借助仿真方法(在物理测试之前对内部噪音进行分析)帮助 FIAT 加速其开发周期并提升其产品质量。 Read the FIAT Case Study
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利用 Altair 的解决方案进行整车 NVH 分析 在这个 45 分钟的网络研讨会中,我们将大致介绍汽车行业在 NVH 分析方面所面临的问题,并了解 Altair 是如何通过提供从建模、装配到分析、诊断和优化的一整套技术来帮助解决这些问题的。 View NVH Webinar
整车振动、噪声问题解决方案

车辆在使用过程中,其动力总成、路面、气流(气动噪声)均会引发车内振动、噪声问题。综合利用激励源控制、路径控制、接受体控制来进行NVH问题解决。

家用电器振动、噪声解决方案

家用电器的工作过程中,主要是作为激励源的电动机所产生的振动和噪声,可通过吸阵器和外壳形貌优化来降低电器辐射噪声。

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“这款带有 HyperWorks 的 ML-Studio 流程自动化解决方案显著提高了我们 NVH 流程的质量和我们团队的生产率。”

–Dr. Dietmar Jennewein, NVH 经理

Adam Opel AG


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图库

NVH Director 工序流程 NVH Director 装配环境 传递路径分析 – 色图 网格参与度 – 响应研究 NVH Director – 分析管理器 最优的外部声学响应 消声器模型 流体网格参与图
NVH Director 工序流程 NVH Director 装配环境 传递路径分析 – 色图 网格参与度 – 响应研究 NVH Director – 分析管理器 最优的外部声学响应 消声器模型 流体网格参与图
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主要NVH分析类型

特征值分析

特征值分析又称为正则模态分析或者是模态分析,模态是物体的固有属性,包含模态频率和模态阵型。物体在受到外界持续激励时,如果激励的方向和频率和物体的振型方向及固有频率重叠,那么物体的该阶模态就可能会被激励,从而产生较强烈的振动,这种现象叫做共振。共振是构件疲劳破坏的一个重要原因,因此了解物体的模态特征在构件设计中尤其重要。

特征值分析在解决了下面的特征值问题后,即可计算出特征值ω²(其中ω是固有频率)和特征向量{φ}。另外,K是目标刚度矩阵,M是质量矩阵,而阻尼矩阵C被忽略。

([K]-ω²[M]){Ф} = 0

此外,由于在特征值分析中无法计算振动和噪声响应的绝对值,因此计算时,需进行以下所述频率响应分析和瞬态响应分析。

频响分析FRF

频率响应函数分析(frequency response function),主要用来分析系统在稳态激励作用下的响应,其在车辆、船舶、航空航天等行业均有应用,主要研究整机或子系统在扫频激励下的动态响应,一般可分为振动响应函数和噪声响应函数。FRF的激励可以是实际载荷(整车、整机响应),也可以是单位载荷(子系统传递函数)。

在频率响应分析中,根据下列基本方程式,可计算出对频率ω激励力{f}的响应{u}。

(-ω²[M]+iω[C]+[K]){ū} = {f ̅ }

瞬态响应分析(MTRAN)

瞬态分析相主要研究整机(整车)、系统和构件在非稳态激励下的响应。典型使用情形如地震、风激励、爆炸、冲击等。

在瞬态响应分析中,根据以下基本方程式,可计算出对瞬态激励力{f(t)}的时变响应{u(t)}

[M]{ü(t)}+[C]{ủ(t)}+[K]{u(t)} = {f(t)}

复特征值分析

也叫做复模态分析,考虑结构阻尼对模态的影响,多用于评估结构的不稳定性。例如用于分析制动系统啸叫,还可以预测旋转构件的临界速度。

气动噪声分析

高速运动的气流在遇到障碍物时,其运动速度及方向产生剧烈变化,从而产生空气压力的波动,这种波动及气动噪声,例如后视镜引起的风噪。气动噪声分析方法可以是流场分析和声场分析分开进行,也可以是采用Navier-stokes方程式同时计算流场和声场。

分析过程

噪声和振动分析的基本过程如下:

1. 建模

使用Altair HyperMesh或Altair SimLab创建NVH分析所需的FE模型。HyperMesh和SimLab可以通过精确的中性面提取和自动外部声场网格划分等独特功能,高效地创建FE模型。

2. 解析/优化

使用Altair OptiStruct(结构振动、噪声)或Altair AcuSolve(气动噪声),进行振动和噪声的模拟。有时利用OptiStruct或Altair HyperStudy强大的优化功能来高效地探索更好的设计方案。

3. 结果处理/结果分析

通过Altair HyperView对模态振型进行可视化处理,通过HyperGraph对曲线进行显示,也可以借助于NVHD(Noise, Vibration, Director)丰富的诊断工具,例如MPA,TPA,GPA,ODS等对振动和噪声问题进行诊断分析。另外也可以借助于HyperStudy进行多物理场分析,使用Compose对复杂过程进行仿真。

振动噪音(NVH)分析软件

Altair HyperMesh - 建模

HyperMesh具有强大的几何界面和网格引擎,可实现交互式手动操作或批处理流程,从而快速轻松地创建高质量组件模型。


Altair SimLab - 建模

SimLab是一种流程为导向、基于特征的有限元建模软件,它可以从复杂的CAD装配中快速准确地生成FE模型。


Altair OptiStruct - 分析和优化

OptiStruct是一款先进的FE通用求解器。借助于AMSES(自动分块求解技术)加速,能够在Windows系统和Linux系统对问题进行快速求解。同时,OptiStruct还可以进行AutoTpa(一步法传递路径贡献量分析), GPA(节点贡献量分析), MPA(模态贡献量分析), ODS(工作变形模式分析)分析,DSA(设计灵敏度分析)等。还支持ERP(等效声辐射),外声场分析。


Altair AcuSolve - 热流体(CFD)分析

一种可解决工业和科学问题的最尖端通用数值流体动力学(CFD)求解器。求解器技术具有出色的鲁棒性、可扩展性,可提供无与伦比的精确度。


Altair HyperStudy - 多领域设计性能研究和优化

HyperStudy是专为工程师和设计人员开发的设计考量和优化软件,可实现多个技术领域的设计考量和多目标优化。HyperStudy采用实验计划法、元建模以及优化手法进行合理的设计变体的创建、分析执行管理和数据收集等操作。用户可了解设计变更的效果,进行权衡分析,并优化产品性能和可靠性。


Altair HyperView/Altair HyperGraph - 结果的可视化和图形化

满足从显示变形动画到对结果贡献率进行排序为止的各种噪声和振动分析的需要。支持所有噪声和振动分析中使用的标准输出格式。


NVH Director - 装配&诊断

自定义环境可满足车辆NVH建模和分析需求。通过使用大量集成组件,可有效地执行真实的整车分析过程。NVH Director还包括用于了解NVH问题的物理性根源,通过快速“what-if假设”研究对敏感参数进行识别的强大的后处理工具。


Altair Compose - 数值计算环境

Compose不仅能对CAE模拟或测试结果等数据进行计算、操作、可视化,还能创建和调试脚本以进行迭代计算和过程自动化。还可以执行各种数学和线性代数运算(例如矩阵分析和微分方程的求解)、信号过滤、数据的多项式拟合、对商业模拟软件的结果进行近似计算、验证,甚至优化。


Squeak and Rattle Director - 异响和低级音

一种新型综合软件自动化,可快速识别和分析设计的备选方案,以消除装配异响(Squeaks)和低级音(Rattles)的根本原因。



利用Altair合作伙伴产品

也可通过APA(第三方软件的按需访问服务),以单个许可使用合作伙伴产品。

Coustyx(合作伙伴产品)

Coustyx是一款分析软件,为极广的频率范围的大规模声学难题提供快速、准确的解决方案。

AVL EXCITE™ Acoustics(合作伙伴产品)

AVL EXCITE™ Acoustics是一种工具,通过波动法(WBT:Wave Based Technique)计算从振动结构体(如发动机和动力单元)向自由空间发出的辐射噪声。

Insight+(合作伙伴产品)

Insight+可用人耳收听测试数据和CAE数据的NVH特征,并进行比较和考量。

SEAM(合作伙伴产品)

Cambridge Collaborative的SEAM软件可为汽车、航空航天、船舶、重型设备行业领域提供高频振动噪声解决方案。

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