汽车振动噪声分析方法概述

　　一、经典方法

　　四分之一汽车模型和二分之一汽车模型。在设计初期或者在做模型研究的时候，往往采取这种形式。这种模型一般用来分析汽车最基本的频率和振型特征，也可以用作其他用途，如研究汽车动力特性。概念设计阶段，在知道了汽车基本参数之后，就可以迅速计算出整车的振动特征。应用软件有MATLAB等。

　　MATLAB是美国MathWorks公司开发的大型数学计算应用软件系统，它提供了强大的矩阵处理和绘图功能，简单易用，可信度高，灵活性好，在世界范围内被科学工作者、工程师以及大学生和研究生广泛使用，目前已经成为国际市场上科学研究和工程应用方面的主导软件。

　　二、有限元方法

　　经典方法只适合于分析很低频率的整体模态。如果要考虑整车中各个系和部件的局部振动，以及修改汽车结构设计，上面的方法就无能为力了。汽车是一个弹性结构，整体和局部振动特征都很重要。于是在分析整车低频振动问题和建立模型时，必须考虑到其结构特征和弹性特征。目前，用得最为广泛的方法是有限元分析。在粗略分析整车各个系统振动特征时，可以建立网格相对粗的模型。当要对整车振动特征进行细致分析时，就必须建立网格非常细的模型。通常这种模型中节点间的距离仅为5mm，一部整车的有限元模型的节点和单元可以达到几百万个甚至上千万。有限元方法是一项非常成熟的分析方法，能够准确的预估整车和各个系统的模态和模态频率，并且能动态演示整车模态。

　　有限元方法是用有限单元将结构弹性域或空气域离散化，根据力学方程或声波动方程，得到联立代数方程式，通过求解代数方程式得到结构弹性或声传播空气域中的振动和声特性。有限元法需将结构有限单元离散化。结构划分的单元愈多，自由度也就愈多，计算精度也愈高，但计算时间也愈长。结构划分的单元的振动频率必须高于要计算的整体结构的振动频率，否则单元需进一步划分。单元的划分需与计算精度匹配。有限元分析方法在汽车方面的应用有：汽车零部件有限元分析、悬架结构有限元分析、车架有限元分析、车身有限元分析、轮胎有限元分析、汽车碰撞有限元分析和汽车结构有限元优化设计等。应用软件有ANSYS等。

　　ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。

　　它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor，I-DEAS，AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

　　软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

　　前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型;

　　分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

　　软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

　　三、边界元方法

　　有限元方法非常适合低频结构振动模拟和分析。有限元方法也可以模拟和分析振动和声的耦合，但对声空间的模拟和分析基本沿用对结构振动的处理方法，常常限于封闭空间。当声空间体积增大，模态密度急剧增大，有限元方法的运算量急剧增大，此时有限元方法有局限性。相比之下，边界元方法对处理结构声辐射、声散射和结构声腔问题有独特的优越性，因而在实际中得到应用。

　　边界元方法首先需要知道系统边界条件。结构边界条件一般是如下三种之一：

　　1.已知结构表面的复声压(Dirichlet边界);

　　2.已知机构表面的复振动速度(Neuman边界);

　　3. 已知结构表面的复阻抗(混合或Robin边界)。

　　边界元方法需要结构表面的复声压或复振动速度两个物理量之一作为输入，然后根据边界条件计算出结构表面另一物理量。作为输入，结构表面的复声压或复振动速度可以实测得到，也可以通过计算得到。对于结构表面复振动速度的计算，边界元方法常常借用有限元方法。整车结构振动分析使用有限元模型，车内空腔的声场分析使用边界元模型。应用软件有SYSNOISE等。

　　SYSNOISE软件是比利时一家国际著名的振动和声学测试分析软件公司-LMS 公司的大型声学计算分析商品软件。该软件在声学计算分析领域中占据国际领先地位，它为噪声控制专业工程技术人员提供了在产品设计开始阶段，预报和解决声学问题，受到一致好评。美国的 NASA(国家航空航天中心)、FORD 汽车公司、MOTOROLA 通讯公司和BOSE 音箱公司，国内著名大学、研究所和一些著名的大公司，如哈尔滨工业大学、上海交通大学、西北工业大学、中船总公司第 701 研究所、第 719 研究所、上海大众汽车工业公司等都购买了该软件。

　　其主要功能有：

　　1、声辐射计算

　　声辐射计算是 SYSNOISE软件最基本的功能。结构振动时会产生声辐射。结构振动可以是实际测得的速度响应数据，或者是由有限元或其他方法计算得到的速度响应数据。SYSNOISE本身具有振动响应的有限元方法计算功能，也可以从测得的模态数据和给定的激励计算速度响应。SYSNOISE进一步可以利用这些数据计算结构表面的声压和结构周围的声场分析。

　　2、声散射计算

　　3、空气噪声传递计算:结构-声场耦合系统的响应灵敏度分析

　　Sysnoise的主要应用方向：

　　SYSNOISE预测声波的辐射、散射和传递，以及声学载荷引起的声学响应。可计算得到的结果包括：声压，辐射功率，质点速度，声强，板块贡献量，能量密度，声-振灵敏度，纯模态，结构挠度，等等。

　　为了描述声学媒质，SYSNOISE利用了最先进的数字方法。它们基于直接和间接边界元方法，或者声学有限元/无限元的声学方程。结构本身用结构有限元模型表达，可以从所有主流结构有限元和网格生成工具导入。所有分析模块都完全集成在核心环境中，支持多模型和三维图形。

　　SYSNOSIS有强大的集成前、后处理功能，有网格检查和修正工具。后处理可以画彩图，矢量场，变形后的结构，以及XY图线，柱状图和极坐标图，还包括动画显示和声音回放。