世界最佳噪声震动解决方案.pdf

- 1 - AutoSEA 世界最佳噪声振动解决方案世界最佳噪声振动解决方案 概述概述 ESI 集团致力于开发高质量的软件用于噪声和振动设计。在如今的竞争市场，从汽车到飞机 再到消费产品，很多产品的设计中噪声和振动控制都变得越来越重要。 AutoSEA2 利用称为统计能量分析（SEA）的分析方法来降低设计噪声和振动。经过 35 年以 来，很多公司已经发现 SEA 是解决噪声和振动问题的有效方法。直到引入 AutoSEA2 以前， SEA 模拟工具是复杂和难于适用的。AutoSEA2 带给市场第一个易于使用的 SEA 工具，具有 简单的图形界面。要经过数天才能建立的复杂模型现在可以在几分钟内建立起来。 AutoSEA2 重新定义噪声和振动分析集成到设计过程。在 AutoSEA2 之前，振动问题经常一 直搁置到物理样机建立并测试后才能解决。 求解振动问题常常是昂贵的， 导致大量的重新设 计。 利用 AutoSEA2，噪声和振动问题可以在设计过程的早期得到模拟，避免了错误导致更大的 花费。AutoSEA2 设计成与现有噪声和振动测试过程紧密结合，建立对 SEA 结果的可信度。 - 2 - 显著收益显著收益 不再需要等到产品制造好了才发现未预期的噪声和振动NV问题，及昂贵的执行试验测试 方案的延迟。 AutoSEA2 能够快速（小时的量级，而不是周或月）建立完整的系统噪声和振动模型。能够 独特模拟 NV 机理（音调和随机）真实宽频范围特性，能够管理噪声和振动的设计过程 设计评估设计评估 AutoSEA2 能够读取产品设计初期的 CAD 数据, 快速预测振动噪声响应，立刻将结果反馈 给设计人员。 风险管理风险管理 AutoSEA2 的统计模块能够快速识别那些需要更多详细分析或测试的高风险区域。 系统工程系统工程 AutoSEA2 结合系统工程原理, 设计部件的振动噪音规范, 保证整体设计可以满足要求的噪 声振动的各种标准。 特点及功能描述特点及功能描述 特点特点 三维建模三维建模 AutoSEA2 是同类产品中唯一能够提供快速噪声振动三维模型建立的软 件。其所有的结构和声学子系统都能够从设计几何生成，并形成直观的实 体模型。用户能够将 CAD 文件或有限元模型文件直接导入 AutoSEA2, 或 交互式自行建模。最后的计算结果也能用不同颜色以 3D 的形式显示。 快速建模 - 3 - 更新模型时节省时间减少错误 避免推测半径, 面积和体积造成的误差 消除定义连接角或梁方向时可能出现的错误 可视化模式迅速验证中间模型 增加了同管理层就产品的噪声振动问题交流的机会 求解引擎求解引擎 AutoSEA2 凭借处理空气-声学载荷、 加筋板和层状材料的独特能力, 而被广泛应用。 其 所有方程-基于 NASA（美国宇航局）和美国海军与空军研究所- 都在正式品质保证测试文档 出版物中公布。AutoSEA2 采用全波传播理论, 精确预测几乎任何结构、几何形状的振动和 辐射噪音。适用于那些在概念设计阶段因缺乏设计详情和由于产品行为不确定的各种情形。 具有被工业标准认证的可靠性 全波传播理论的精确性 无需依赖过多用户技能的直观易用性 对其分析结果的高度自信产品经过严格质量 保证 和实验验证 开放结构开放结构 AutoSEA2 软件的设计重视其灵活性和可扩展性。在开放平台上, 允许用户和第三方厂 商进一步扩展原有功能。例如, AutoSEA2 的扩充模块 Shcok （模拟瞬态冲击响应） QuickScript 基于Visual Basic 自编程语言 和Foam 模拟多孔弹性材料和层合材料 等, 就是基于这种开放软件结构开发出的扩展功能模块。 扩展AutoSEA2 的应用范围 扩展用户产品的自开发能力 自动连接自动连接 用户仅仅只须按一个键, 就可自动创建所有结构和声 学子系统之间的点、线和面连接。对于共享公共边界几何 的各个子系统, 能够自动探测和计算连接。 为便于可视化, 连接系统以 3D 实体显示。用户一旦选中某一连接, 能够 编辑该连接参数, 并可图象显示计算的特性数据。 - 4 - 节省建模和修改模型时间 消除输入复杂连接数据的可能出错 多模型集成多模型集成 AutoSEA2 允许设计团队或公司内不同小组协同开发 大型振动噪音设计模型的不同部件。总模型中，每个部件 能够以ASCII中性文件格式输入，并在总模型中进行全系 统自动连接。通过这种设计理念，大型设计项目可分解成 若干子项目和分包，在整个设计循环中保证整个系统的兼 容性。 节省创建大型模型时间 更为有效管理大项目 用户定义的统计能量分析用户定义的统计能量分析 利用用户自定义功能，用户可以根据自己的数学模型、有限元模型或实验结果来定义 SEA参数，无限制的扩充AutoSEA2内置的模型库。 建模的灵活性 与低频有限元法结果合成完成全频的结果预测 软件说明软件说明 用户界面 多视窗, 完全关联的模型视图 工具栏和菜单快捷键 在线帮助 三维几何窗口 全交互式建模、 模型编辑和结果显 示 所有模型显示或选取都按光学阴 影实体处理 与有限元协调的节点几何定义 节点可由用户直接定义，也可从 CAD或者有限元文件读入 可视化控制每个模型对象和输入 的节点 Wireframe和“Shrink”选项 透明显示 浏览窗口 模型数据库的分层树状显示和控 制 模型列表栅格视图 与3D几何视图完全关联 子系统库 从三维几何维数和自动曲率退化 节点移动后会自动重新调整所有 5 依附在该节点上的子系统的属性 梁 X, Y 向弯曲, 拉伸或扭转波 场 直梁，曲梁和环型梁 板 弯曲和面内拉伸、剪切属性 任意几何形状 壳 单向或双向弯曲壳 弯曲和面内拉伸、剪切属性 任意几何形状 所有板子系统可设定拉伸压力） 刚度及表面流体载荷 所有板子系统既有波动方程， 又有 模态方程 1D, 3D 声学子系统 任意几何形状 可在表面定义吸声系数 半无限声学流体 连接模型 从三维几何自动创建所有连接 移动节点后会自动更新连接参数 理想连接刚性，无质量，无摩擦 包括 点、多点、线及面连接 在任意方向上任何数量的子 系统 隔振器 点、线连接 每个子系统的不同连接单独 定义 频率相关的复阻抗Z 弹簧、对角或满Ｚ矩阵描述 连接质量 点连接6自由度质量 线连接4自由度质量 噪声控制材料 所有面连接 任意层数 开口率设定 圆形和矩形缝隙和均匀切口 连接处的多重声漏设定 测漏（flanking paths（TL）） 非辐射传输设定 “质量法则”和所有声学-板-声 学连接场合 双墙结构连接板-声空腔-板 结构 所有板-梁-板连接场合 求解控制 快速集成的矩阵方程求解器， 计算 过程以进度条显示 用户自定义的频率范围求解 1/3 倍频程和倍频程带 不变带宽 6 材料特性数据库 多种材料模型 各向同性实体 正交各向异性实体 流体 多孔材料 玻璃纤维材料 层合复合材料 夹芯板结构 加肋板加强结构 层状多孔材料内饰 主刚度轴的方向设定 多种单位制 用户自定义的噪声控制处理 载荷（功率源）库 集中力或力矩频谱加载 在给定点，方向和偏移 动力学压力谱 扩散声场 传播声场 湍流边界层 用户定义的功率 测量的能量约束 用户自定义或实验 SEA 谱数据定义SEA参数 等效质量或声腔体积 模态密度 阻尼损失因子或吸声系数 阻抗点或线 传播损失或插入损失 耦合损失因子 功率输入，力或压力载荷 用户自定义及非连续连接 可选非对称SEA矩阵模式 支持实验SEA 与AutoSEA-X模型完全中性的 文件接口 实验SEA数据的通用文件接口 实验中子系统的声场数据直 接施加 实验和分析子系统相关联 频谱图 多层的非固定的平铺图形窗口显 示 波速, 波数, 模态密度和阻尼 耦合损失因子, 功率传播系 数和辐射效率 能量, 模态能量和噪声振动 结果频谱 声源功率, 每个子系统功率 输入或输出频谱 传递函数, 能量比率，传递损 失（TL） 缺省数据由全局参数选取 “冻结”以前计算结果便于比较 输入，输出，复制，粘贴 图表局部属性编辑 覆盖总体声场 图表轴, 刻度参数 数据标识或说明栏位置编辑 7 数据库 三维几何 材料 物理特性 频谱数据 复合材料，层结构 隔振阻抗数据 外部数据接口 与Catia V4, Step, Pro/E, SAT, IGES等所有主流CAD系统数据的 三维几何模型接口 有限元数据接口－NASTRAN 或 者其他有限元模型文件 测试数据 通用文件格式 Dataset 58 表格分隔文本文件 系统要求系统要求 Windows 系统要求 Windows 系统要求 IBM 兼容 PC，带有奔腾 II，III 或 4 处理器或相当的处理器 MS Windows 2000 Service Pack 3，或 XP Service Pack 1 最少 128 MB RAM 推荐 256 MB 以上 最少 100 MB 硬盘可用空间 以太网网卡 17-英寸显示器，能够至少以 16 位颜色显示 1024768 的分辨率。 三键鼠标 键盘 三维图形加速卡支持 OpenGL。 Internet Explorer 5.5 以上版本。 UNIX 系统要求 UNIX 系统要求 带有 PA-RISC 2.0 处理器结构以上 HP-UX 工作站 HP-UX 补丁 QPK1100，2003 年 3 月 最少 128 MB RAM 推荐 256 MB 最少 400MB 可用硬盘空间** 8 安装 OpenGL 运行时间库 三键鼠标 键盘 三维图形加速卡支持 OpenGL。 强烈推荐可视化 fx 图形卡 工业应用工业应用 汽车汽车 可以进行汽车，卡车，巴士建模，实现内部声质量、车身结构噪声、内饰材料重量/成 本的最优化设计。 飞机飞机 可以用来进行商用、公务和军用飞机的内部噪声设计，新材料、新结构研究，以便获得 更快的飞行速度。 船舶船舶 设计船舶完全系统级噪声预测及船舶、豪华游艇和潜艇水下声学信号控制。 航天航天 主要结构，有效载荷和太空船及运载火箭飞行设备等声学，随机振动，冲击环境规范等 设计。 铁路铁路 轮轨相互作用噪声、 引擎噪声及空气动力学噪声引起的内部声质量设计及外部环境噪声 对乘员和高速列车的冲击预测 建筑建筑 可以设计建筑以及HVAC系统模型来预测风扇、电机以及其他噪声源在办公楼，酒店产 生的噪声振动环境 声纳声纳 降低海军项目及声纳系统的水力及机械流动产生的“内部噪声”的设计及研究 9 产品产品 利用噪声源阶次， 噪声路径分析来定义电机， 风扇以及其他噪声部件在计算机设备以及 其他消费产品要求的规范 工艺过程工艺过程 设计过程的噪声处理来在动力以及加工工业过程中消除导致职业听力损失或者尽可能 降低环境噪声 谁使用谁使用AutoSEA2 及用来干什么及用来干什么 AutoSEA2 用于预测汽车、卡车、火车、飞机、船舶、农业装配，甚至是空间站的内部 噪声级。还可以预测产品在设计情况下的噪声辐射（消费用品，汽车经过的噪声，潜艇辐射 噪声等），及预测噪声级发射声学，微重力，敏感电子设备的生存）。激励机理包括复杂 声场，对处理螺旋桨噪声或气动噪声是非常必要的。很多公司都在研究新的应用。 AutoSEA2可以提供何种预测可以提供何种预测 基于统计能量分析，AutoSEA2 提供按空间平均和频带集成形式的结果。后者意味着结 果通常三倍频或倍频带，与测试结果更容易比较。前者意味着振动表面，不预测在指定位置 的振动级，但是给出表面上所有点的平均振动级。这通常是十分有意义的量。 AutoSEA2能进行何种类型的分析能进行何种类型的分析 预测噪声和振动级通常是不够的，我们需要理解预测的这种级别是如何产生的。 AutoSEA 是良好装备的，能够进行传播路径分析能量是如何从 A 点到 B 点的，及源等级 分析哪个激励源是主导的 如何将如何将AutoSEA2作为设计工具来使用作为设计工具来使用 在 AutoSEA 中可以轻松研究结构修改对产品噪声和振动环境的影响。例如，我们可以 修改面板厚度或材料，增加肋或代替以三明治结构。非结构修改（阻尼处理，声学材料）也 可以进行考查。 事实上， AutoSEA 提供一个补偿数据库用于设计现实最可能的声学处理设计。 何处可以发现关于统计能量分析更多的信息何处可以发现关于统计能量分析更多的信息 有很多课本提供了对 SEA 的介绍，很多著名期刊上也发表有相关文章，例如“Journal of the Acoustical Society of America”或“Journal of Sound and Vibration”。很多应用在诸如 10 Internoise, Noisecon 或 SAE Noise and Vibration 会议的汇编上会给出。注意 SEA 依赖噪声 －振动领域的大量工作，但不是 SEA 特有的。有很多出版物没有按感兴趣的方式讲述 SEA。 我们的文献将帮助你找到需要的信息。 统计能量分析对我是新的，如何开始统计能量分析对我是新的，如何开始 简单开始，AutoSEA 允许你用简单模型开始模拟你的产品。一些梁和板，一到两个声学 腔，一些功率源。你可能会惊讶这么简单一个模型结果却很准确 如果需要更多细节， 每次增加一些。 尽力避免在求解和分析结果之前建立一个大而复杂 的模型。如果模拟包含错误，这将难于发现。慢慢加入，这样就可以快速发现错误。 过去用过有限元分析，过去用过有限元分析，AutoSEA与有限元有何不同与有限元有何不同 统计能量分析允许你研究比有限元更高的频率。 准确的、 高频有限元模型对现在的计算 机来讲太大所以无法求解 SEA 能够让你简化模型， 不需要有限元模型那么多的细节。 开始于一个非常简单的模型， 按所需增加细节。 用用SEA模拟的捕捉是什么样的模拟的捕捉是什么样的 第一步是将产品分割成多个子系统。AutoSEA 的子系统库提供了梁、板、壳和声学子系 统的选择。这些子系统可以用耦合损失因子库连接起来。当做完时，最后的步骤是对一个或 多个子系统施加激励。这个步骤是非常重要的，常要求做出测量。AutoSEA 的功率源库提供 表示外部激励的不同方式， 因此需要找到一个对应于测量类型的激励 （加速度， 声压， 力等） 进行分析。 如何将产品分解成如何将产品分解成SEA子系统子系统 系统分解成子系统集是 SEA 建模器的第一个任务。应当应用物理准则（形状、材料等 改变）来决定子系统间的边界在何处。例如，我们来考虑一个汽车。挡风玻璃就由一个子系 统来代表， 因为这是一个均匀的面板希望观察混响面板模式。 另一方面顶部就不止一个子系 统， 如果估计横梁导致穿过面板的波引入显著阻抗不匹配。 厚度和横截面形状平均的近似大 多数情况是可接收的，因此可以限制子系统的数量。在 SEA 中，建议避免过小的子系统， 在感兴趣频带中没有至少展现一次简谐模式。 11 如何将子系统连起来如何将子系统连起来 子系统的连接必须能够代表能量在系统中的传播structure-borne 传播， airborne 传播， 或结构－声耦合。在 SEA 术语，子系统通过耦合损失因子（CLFs）连接。特别重要需要指 出 CLF－一个 SEA 概念十分接近于传输损耗或辐射效率。文献充满了各种方式来计算或测 量这些量，因此可以有众多来源可以获得 CLFs。AutoSEA 提供了很宽范围大量的 CLFs 并指 导用户做出适当的选择。 测试数据是否有必要执行测试数据是否有必要执行AutoSEA分析分析 很多情况下，系统的模拟是十分复杂的，测试数据是 SEA 模拟努力的一部分。试验数 据以两种方式来获得定义输入参数，验证 SEA 模型。 测试数据作为输入。除非 SEA 模型用于预测传递函数，相应于一个特殊激励情况功率 输入必须定义。可以只从测量数据（测量的力和加速度）得出或从力、加速度或 SPL 测量 的计算得来。 其他测试得出得输入参数是阻尼损失因子DLF。 获得一个适当得估计很重要， 至少对最损耗子系统是这样。最常用估计 DLF 得方法是衰减率测量。如果应用（约束或非 约束层）了已知属性的阻尼处理是可能进行理论计算的。对功率输入和 DLFs 如果测量信息 存储在数据库以备将来之用则测试的数量可以减少（甚至消除）。 测试用于用于模型修正。对任何其他模拟方法（诸如有限元和边界元），模型修正是必 要的， 以验证模型和改进模拟技术是有效的。 测量传递函数对分别验证每个传输路径都是很 有用的。另外，SEA 模拟经验的每一次增加，必要测试的数量都将会减少。对操作条件的模 拟，不同子系统的激励合并在一起。如果功率输入是准确测量或计算的，并且传递函数的修 正经验是成功的，模拟和测量的结果应该会匹配得良好。