LMS發(fā)動機(jī)與車內(nèi)振動噪聲仿真分析方案

LMSVirtual.LabAcoustics發(fā)動機(jī)與車內(nèi)振動噪聲仿真分析技術(shù)方案LMS國際公司北京代表處

致：濰柴動力股份有限公司對于發(fā)動機(jī)制造商來說，如何準(zhǔn)確的預(yù)測發(fā)動機(jī)的輻射噪聲，一直以來都是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)問題。如果具備了噪聲預(yù)測技術(shù)，就可以有效地降低發(fā)動機(jī)開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，并且可以有效的保證發(fā)動機(jī)的輻射噪聲水平。發(fā)動機(jī)輻射噪聲很長時間以來都是LMS關(guān)注的一個焦點(diǎn)。LMS已開發(fā)了很多專用技術(shù)，比如網(wǎng)格粗糙化和聲學(xué)傳遞向量（ATVs），改進(jìn)了分析結(jié)果的品質(zhì)，并且加快了分析過程。LMSVirtual.Lab數(shù)字發(fā)動機(jī)聲學(xué)的激勵力可以用LMSVirtual.LabMotion進(jìn)行多體動力學(xué)仿真分析得到，也可以從外部程序的仿真計算得出，還能從試驗測量數(shù)據(jù)中獲取。利用多體動力學(xué)載荷數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)模型，可以對多工況下的結(jié)構(gòu)表面振動進(jìn)行評估，進(jìn)而預(yù)測結(jié)構(gòu)的輻射噪聲。發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)輻射噪聲預(yù)測的整個過程被模塊化地分為幾個階段，在每個階段里客戶都可以對發(fā)動機(jī)的設(shè)計進(jìn)行評估或改進(jìn)，從而有效的控制發(fā)動機(jī)的輻射噪聲水平。結(jié)合貴單位的技術(shù)需求，我們提供一套“發(fā)動機(jī)聲學(xué)仿真分析技術(shù)方案”，請您們審閱。

目錄1. 前言 42. 方案綜述 42.1. LMS聲學(xué)解決方案概述 42.2. LMS發(fā)動機(jī)噪聲解決方案的獨(dú)特性 53. 系統(tǒng)功能與組成 63.1. 耦合聲學(xué)邊界元CoupledHarmonicBEM 63.2. 聲學(xué)有限元HarmonicAcousticFEM 63.3. 耦合聲學(xué)有限元CoupledHarmonicFEM 63.4. 聲學(xué)無限元AcousticI-FEM 73.5. 傳遞損失TransmissionLoss 73.6. NumericalEngineAcoustics數(shù)字化發(fā)動機(jī)聲學(xué) 73.7. 網(wǎng)格粗化 73.8. 系統(tǒng)級振動和噪聲 83.9. 載荷識別 83.10. 模型修改預(yù)測 83.11. Correlation相關(guān)性分析（該模塊已有） 83.12. Optimization優(yōu)化（該模塊已有） 94. 發(fā)動機(jī)聲學(xué)分析方法和流程 94.1. 有限元模型驗證 104.2. 混合建模 114.3. 載荷確定 114.4. 基于模態(tài)的強(qiáng)迫響應(yīng)分析 114.5. 振動數(shù)據(jù)分析 124.6. 網(wǎng)格粗化 134.7. ATV數(shù)據(jù)庫與聲學(xué)響應(yīng)計算 134.8. 可視化分析 144.9. 快速修改預(yù)測 154.10. 細(xì)化與優(yōu)化 155. 用戶從方案中的獲益 155.1. 準(zhǔn)確快速的預(yù)測發(fā)動機(jī)聲學(xué)問題 155.2. 理解問題的本質(zhì) 155.3. 兼容性 165.4. 流程化 166. 國內(nèi)外用戶情況 166.1. 國外汽車行業(yè)聲學(xué)仿真部分用戶清單 166.2. 國內(nèi)汽車行業(yè)聲學(xué)仿真部分用戶清單 167. 硬件配置需求 178. 培訓(xùn)計劃及目標(biāo) 179. 售后服務(wù)承諾 1810. 技術(shù)支持情況 1811. LMS公司介紹 19前言隨著國家噪聲環(huán)境法規(guī)的嚴(yán)格制定并全面實施，以及顧客日益增加的對汽車產(chǎn)品振動噪聲品質(zhì)的要求，汽車產(chǎn)品的振動噪聲問題也越來越引起汽車開發(fā)部門的高度重視。眾所周知，發(fā)動機(jī)總成輻射噪聲是汽車最大的振動噪聲源之一，是直接影響車內(nèi)NVH品質(zhì)和車外噪聲的重要因素。發(fā)動機(jī)內(nèi)部的燃燒過程和結(jié)構(gòu)振動所產(chǎn)生的噪聲，是通過發(fā)動機(jī)外表面以及與發(fā)動機(jī)外表面剛性連接結(jié)構(gòu)的振動向大氣輻射的，因此稱為發(fā)動機(jī)表面噪聲。根據(jù)發(fā)動機(jī)表面噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，又可分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。燃燒噪聲主要是由于氣缸內(nèi)周期性變化的壓力作用而產(chǎn)生的，與發(fā)動機(jī)的燃燒方式和燃燒速度密切相關(guān)；機(jī)械噪聲是發(fā)動機(jī)工作時各運(yùn)動件之間及運(yùn)動件與固定件之間作用的周期性變化的力所引起的，它與激發(fā)力的大小和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性等因素有關(guān)。一般來說，低轉(zhuǎn)速時，燃燒噪聲占主導(dǎo)地位，高轉(zhuǎn)速時，機(jī)械噪聲占主導(dǎo)地位。

控制表面噪聲一般有三個途徑：（1）噪聲源的控制和優(yōu)化，如優(yōu)化燃燒激勵、活塞拍擊等；（2）通過改變結(jié)構(gòu)，改變發(fā)動機(jī)零件的剛度和阻尼，增加噪聲和振動在向發(fā)動機(jī)表面?zhèn)鞑ミ^程中的衰減；（3）采取屏蔽措施，發(fā)動機(jī)表面噪聲阻隔在屏蔽空間內(nèi)。并且最重要的是：發(fā)動機(jī)降噪設(shè)計必須在動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放等指標(biāo)之間進(jìn)行綜合平衡和折中。隨著我國汽車自主創(chuàng)新的不斷深入，從設(shè)計階段開始就同步進(jìn)行計算機(jī)仿真成為發(fā)動機(jī)開發(fā)的基本需求。在發(fā)動機(jī)的設(shè)計階段就需要深入進(jìn)行發(fā)動機(jī)振動噪聲性能的預(yù)測與優(yōu)化，并進(jìn)一步進(jìn)行聲音品質(zhì)的研究。通過CAE技術(shù)的大量應(yīng)用，能大大降低發(fā)動機(jī)開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，提升產(chǎn)品性能。方案綜述LMS聲學(xué)解決方案概述從十多年前領(lǐng)導(dǎo)潮流的聲學(xué)有限元(FEM)和邊界元(BEM)技術(shù)開始，LMSSYSNOISE已經(jīng)經(jīng)歷了不同領(lǐng)域，上千個用戶的驗證。最近的技術(shù)突破大大加速了聲學(xué)仿真的速度—很多情況下快100倍。LMS聲學(xué)解決方案包括常規(guī)應(yīng)用，如結(jié)構(gòu)噪聲輻射、空腔聲場仿真以及特殊的聲學(xué)工程問題，如發(fā)動機(jī)升速、流體產(chǎn)生的噪聲或隨機(jī)聲學(xué)載荷等。通過將SYSNOISE技術(shù)集成到LMSVirtual.Lab，LMS創(chuàng)建了世界上第一個從頭到尾的聲學(xué)品質(zhì)工程環(huán)境，從概念開發(fā)，通過使用虛擬模型進(jìn)行設(shè)計修改，最后到基于試驗的驗證。多學(xué)科的系統(tǒng)級仿真平臺－全球第一個真正集成結(jié)構(gòu)分析、振動噪聲、多體動力學(xué)、疲勞、混合仿真、優(yōu)化設(shè)計的多學(xué)科仿真平臺LMSVirtual.Lab是世界上第一個功能品質(zhì)工程集成解決方案。用于振動、噪聲、多體動力學(xué)、疲勞、混合仿真分析、優(yōu)化設(shè)計、安全性、碰撞、耐久性以及其它關(guān)鍵屬性的分析。它能成倍提高增值設(shè)計時間(Value-AddedTime)，并且將總體開發(fā)周期縮短30－50％。LMSVirtual.Lab是世界上唯一實現(xiàn)了與CAD、CAE和試驗的無縫連接的系統(tǒng)級平臺。Virtual.Lab自動鏈接主流的CAD、CAE和試驗系統(tǒng)，消除了不必要的文件轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)冗余，使增值設(shè)計時間成倍增加獨(dú)一無二的混合仿真（hybridsimulation）。它將實物試驗和虛擬仿真的長處相結(jié)合，新的設(shè)計過程不僅更快，而且更加精確可靠，因為試驗驗證過的模型已經(jīng)嵌入在系統(tǒng)模型中。因此對投資的回報不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品更快地投放市場和節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，而且改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，開創(chuàng)了新的產(chǎn)品開發(fā)模式.試驗與數(shù)字仿真的相關(guān)性分析，確保了仿真的真實準(zhǔn)確。要想進(jìn)行高精度的仿真，必須確保有限元模型的可靠性和真實性。為了確保仿真結(jié)果可信，需要對模型進(jìn)行部件級的、子系統(tǒng)級的以及系統(tǒng)級的模型驗證，可基于試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，也可以利用經(jīng)過驗證的類似結(jié)構(gòu)的仿真模型。只有由底向上一步步的對模型進(jìn)行創(chuàng)建和修正，才能有效避免建模過程中的誤差累計。除了可以進(jìn)行更可靠的假設(shè)分析之外，驗證后的模型還可以讓我們對理論假設(shè)有更深刻的理解，例如對材料屬性、連接關(guān)系、鉸鏈以及邊界條件的假設(shè)。良好的二次開發(fā)能力LMS允許用戶進(jìn)行更多的二次開發(fā)，以方便用戶進(jìn)行過程化定制，捕捉重復(fù)的流程，開發(fā)新的常用流程，設(shè)計自己所需要的模板LMS發(fā)動機(jī)與車內(nèi)振動噪聲解決方案的獨(dú)特性LMS發(fā)動機(jī)輻射噪聲分析方面，二十多年來一直是世界各大整車廠、發(fā)動機(jī)和動力總成廠商的主流分析工具選擇。強(qiáng)大的BEM邊界元聲學(xué)耦合/非耦合求解分析功能，進(jìn)行發(fā)動機(jī)輻射噪聲噪聲精確模擬。獨(dú)有的ATV聲學(xué)傳遞向量技術(shù)，極大加速聲學(xué)計算速度，同時可以進(jìn)行專業(yè)板塊貢獻(xiàn)量分析，模態(tài)聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析，振動噪聲傳遞路徑TPA分析。獨(dú)有的聲學(xué)網(wǎng)格處理，快速完成艙內(nèi)聲學(xué)網(wǎng)格劃分和外場網(wǎng)格粗化技術(shù)。唯一一家以CATIAV5為底層平臺，支持參數(shù)修改自動更新與數(shù)值優(yōu)化的快速集成的聲學(xué)分析平臺。唯一的聲學(xué)模型與試驗無縫集成，直接讀取試驗測試數(shù)據(jù)。利用載荷數(shù)據(jù)或模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行混合試驗和數(shù)字的混合模型建立。獨(dú)有的可以與聲學(xué)的試驗進(jìn)行對比，進(jìn)行靈敏度分析，模態(tài)置信度分析，并進(jìn)行CAE模型的自動更新。系統(tǒng)功能與組成VL-HEV.21.1虛擬試驗室桌面LMSVirtual.LabDesktopLMSVirtual.LabDesktop是一個多學(xué)科的桌面，是進(jìn)行所有結(jié)構(gòu)、振動噪聲、聲學(xué)、耐久性和相關(guān)性分析的初始界面。在此桌面上，用戶除了可以無縫讀取各種CAD和CAE軟件的模型和數(shù)據(jù)，還可以讀取試驗數(shù)據(jù)。LMSVirtual.Lab桌面包含完整的通用有限元分析前/后處理功能以及聲學(xué)、耐久性和振動噪聲應(yīng)用分析的特殊工具，使得LMSVirtual.Lab能夠與直觀且易于使用的專門的建模與仿真的工程學(xué)科結(jié)合。設(shè)計師和工程專家在相同的環(huán)境下均能獲得高性能的建模工具，圖形處理、性能分析和具體屬性的后處理能力。全面分析，便于對重置系數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析自動任務(wù)處理功能，能夠節(jié)省大量的時間并消除重復(fù)的任務(wù)具體屬性的后處理，包括系統(tǒng)動力學(xué)，結(jié)構(gòu)分析，聲學(xué)，震動和耐久性

Correlation相關(guān)性分析（升級）對于大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，用靜力實驗進(jìn)行校驗就足夠了，但是用于聲振耦合分析的模型通常需要用實驗數(shù)據(jù)對其動態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行驗證。LMSVirtual.LabCorrelation不但支持仿真模型和實驗數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析，修正仿真模型，而且能夠為結(jié)構(gòu)實驗提供指導(dǎo)和幫助。利用提供的完備的工具庫，可以非常方便的對仿真結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，例如模態(tài)振型、工作變形和頻響函數(shù)。以原有的有限元模型為基礎(chǔ)，得到實驗測試時所需的激勵點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的數(shù)目以及他們的最優(yōu)布置，用來指導(dǎo)實驗。從而避免實驗測試中的錯誤和大量重復(fù)性的工作。Optimization優(yōu)化（升級）優(yōu)化模塊包括一組實驗設(shè)計方法，來在設(shè)計空間定義一組最優(yōu)虛擬試驗。實驗設(shè)計與響應(yīng)面方法配合使用，響應(yīng)面法將離散數(shù)據(jù)(通過實驗設(shè)計方法定義的虛擬試驗結(jié)果)擬合成一個連續(xù)的曲面，從而進(jìn)一步洞悉設(shè)計參數(shù)對給定結(jié)果變量的影響。優(yōu)化方法找到滿足所有約束的一組最優(yōu)設(shè)計變量，得到相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值(最小值，最大值或目標(biāo))。優(yōu)化模塊包括了一系列穩(wěn)定的優(yōu)化方法，這些方法是以非線性規(guī)劃為基礎(chǔ)，包括序列二次規(guī)劃法和廣義簡約梯度法?；陟`敏度的優(yōu)化算法采用目標(biāo)函數(shù)以及約束的靈敏度(或梯度)來搜索局部極值，主要集中在設(shè)計空間的一個局部區(qū)域。NumericalEngineAcoustics數(shù)字化發(fā)動機(jī)聲學(xué)LMSVirtual.Lab數(shù)字化發(fā)動機(jī)聲學(xué)軟件是有效的工具，用于預(yù)測完整發(fā)動機(jī)升速的噪聲輻射，以及了解噪聲問題的原因。采用這種全面的解決方案，工程師可以模擬和優(yōu)化發(fā)動機(jī)設(shè)計的聲學(xué)品質(zhì)。LMSVirtual.Lab數(shù)字化發(fā)動機(jī)聲學(xué)軟件使用來自于采用Virtual.LabMotion進(jìn)行多體動力學(xué)分析、外部計算或測量得到的激勵力。采用這種動力學(xué)載荷數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)模態(tài)(由標(biāo)準(zhǔn)有限元軟件算出)，評價表面振動，用于多范圍工況，并從中預(yù)測聲學(xué)輻射。采用LMSVirtual.Lab數(shù)字化發(fā)動機(jī)聲學(xué)軟件，工程師可以快速創(chuàng)建聲學(xué)網(wǎng)格。與眾不同的聲學(xué)網(wǎng)格生成是基于聲學(xué)網(wǎng)格包裹在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格之外。邊界元法聲學(xué)網(wǎng)格可以自動適應(yīng)分析頻率。最終將建立一個準(zhǔn)確的聲學(xué)網(wǎng)格時間從幾個星期縮短到幾小時。MeshCoarsening網(wǎng)格粗化利用該方法，可以方便、快捷的創(chuàng)建優(yōu)化的外部聲學(xué)邊界元BEM網(wǎng)格。該方法從復(fù)雜結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格開始，就好比用膠皮將結(jié)構(gòu)包裹起來生成網(wǎng)格，這樣一來，微小的表面特征得到平滑，從而大幅縮減BEM模型規(guī)模；但對聲學(xué)響應(yīng)影響顯著的特征仍舊保留，保證聲學(xué)模擬的質(zhì)量和精度。聲學(xué)邊界元HarmonicBEM邊界元法既可計算封閉腔體的內(nèi)場聲學(xué)響應(yīng)，也可計算開放域的外場聲學(xué)響應(yīng)。該方法只需要對聲學(xué)介質(zhì)邊界進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因此計算時自由度很小。邊界元法模型能與結(jié)構(gòu)有限元模型耦合，其激勵可以是在聲學(xué)模型上定義的一組聲源，以可以是在結(jié)構(gòu)有限元模型上定義的一組載荷。聲振耦合是通過實際的結(jié)構(gòu)模型（使用內(nèi)嵌的結(jié)構(gòu)有限元庫，或是從結(jié)構(gòu)有限元程序讀入單元矩陣和系統(tǒng)矩陣）或者是通過結(jié)構(gòu)的模態(tài)（結(jié)構(gòu)的模態(tài)能通過內(nèi)嵌的結(jié)構(gòu)有限元計算，或是從結(jié)構(gòu)有限元程序讀入）實現(xiàn)的。聲學(xué)傳遞向量技術(shù)ATV有限元及邊界元聲傳遞向量求解器對聲學(xué)有限元或邊界元模型進(jìn)行設(shè)置并提交計算，對得到的聲傳遞向量(ATV)進(jìn)行存儲。所得到的數(shù)據(jù)庫可用于標(biāo)準(zhǔn)的基于ATV的最終影響分析，即可以實時無縫地進(jìn)行，也可以在后續(xù)時間進(jìn)行。這樣振動響應(yīng)分析的結(jié)果直接與ATV相乘可高效地計算出振動表面的聲輻射。與傳統(tǒng)的聲學(xué)方法相比，其速度可以增快100倍。使用ATV工具，可以對機(jī)械噪聲輻射特性在一天之內(nèi)而不是幾個星期完成模擬，計算結(jié)果可以在LMSVirtual.LabAcoustics圖形工具中進(jìn)行后處理。聲學(xué)有限元HarmonicAcousticFEM有限元方法用于預(yù)測頻域聲學(xué)響應(yīng)或者腔體的聲模態(tài)。這個方法需要對聲域網(wǎng)格化。系統(tǒng)方程的矩陣是帶狀對稱的，求解效率很高。聲學(xué)有限元模型由域內(nèi)的聲源激勵，或者是由邊界上的法向速度、節(jié)點(diǎn)上的聲壓激勵。速度可來自試驗結(jié)果或有限元計算。聲學(xué)阻尼由多孔材料（體積吸收）、內(nèi)飾襯墊（表面吸收）和流體阻尼施加。該方法的結(jié)果包括所有有限元節(jié)點(diǎn)和域內(nèi)的場點(diǎn)。該解決方案中包含了系列的FEM求解器：從非耦合求解器到全耦合求解器，也包含傳遞損失的建模。本軟件包含以下模塊：聲學(xué)有限元聲振耦合有限元瞬態(tài)聲學(xué)有限元聲學(xué)無限元完美匹配層聲學(xué)有限元技術(shù)(FEMPML)系統(tǒng)級振動和噪聲利用振動和混合仿真模塊，讀入各部件（或聲學(xué)路徑）的動力學(xué)模型（有限元模型、模態(tài)試驗?zāi)B(tài)、試驗傳遞函數(shù)），在圖形界面上交互式定義各部件之間的裝配點(diǎn)，將各部件模型裝配成系統(tǒng)級模型。裝配點(diǎn)處可定義為剛性連接、隨頻率變化的彈簧阻尼裝置等。基于FRF（或模態(tài)）的子結(jié)構(gòu)綜合技術(shù)，求解出系統(tǒng)級模型上響應(yīng)點(diǎn)與激勵點(diǎn)之間的FRF，從而求解出強(qiáng)迫振動（噪聲）響應(yīng)，而求解規(guī)模和時間比傳統(tǒng)有限元模型節(jié)省的多。通過試驗?zāi)Ｐ突蚪?jīng)過試驗驗證的有限元模型，減少系統(tǒng)級模型的建模時間，加快建模，極大地加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，降低了開發(fā)成本，提高了計算精度。大幅度降低建模難度。對于某些部件，建立有限元模型很困難，而用試驗（模態(tài)、FRF）取得其動態(tài)特性很容易時，可采用混合建模技術(shù)；提高總體分析深度，使系統(tǒng)級優(yōu)化成為可能；提高傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限元無能為力的中高頻的分析精度。載荷識別工作載荷對于精確的NVH分析非常重要。載荷識別提供2種方案間接地確定工況下的載荷：懸置力的識別是在工作狀態(tài)下，測量懸置兩端的相對加速度，結(jié)合懸置剛度特性進(jìn)行識別；逆矩陣技術(shù)是基于實驗室測得的傳遞函數(shù)矩陣，結(jié)合工況下的測量結(jié)果進(jìn)行。發(fā)動機(jī)與車內(nèi)聲學(xué)分析方法和流程輻射噪聲仿真過程的第一階段是確定載荷，像軸承載荷、燃燒爆發(fā)壓力等。在第二階段是仿真計算結(jié)構(gòu)振動。從這些振動的計算結(jié)果分析中，客戶可以評估、分析聲功率密度，并可以進(jìn)行總聲功率的頻程和階次分析。第一次基于振動結(jié)果的評估，能向客戶提供較大輻射噪聲面的可靠位置。一個典型的流程展示如下：貢獻(xiàn)量分析貢獻(xiàn)量分析聲學(xué)有限元和邊界元結(jié)構(gòu)網(wǎng)格試驗/仿真 結(jié)構(gòu)響應(yīng)聲學(xué)響應(yīng)噪聲級模型修改載荷數(shù)據(jù)CAD幾何模型有限元模型驗證對于大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，用靜力實驗進(jìn)行校驗就足夠了，但是用于聲振耦合分析的模型通常需要用實驗數(shù)據(jù)對其動態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行驗證。LMSVirtual.LabCorrelation不但支持仿真模型和實驗數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析，修正仿真模型，而且能夠為結(jié)構(gòu)實驗提供指導(dǎo)和幫助。利用提供的完備的工具庫，可以非常方便的對仿真結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，例如模態(tài)振型、工作變形和頻響函數(shù)。以原有的有限元模型為基礎(chǔ)，得到實驗測試時所需的激勵點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的數(shù)目以及他們的最優(yōu)布置，用來指導(dǎo)實驗。從而避免實驗測試中的錯誤和大量重復(fù)性的工作。圖1為相關(guān)性分析的流程。 相關(guān)性分析相關(guān)性分析試驗?zāi)Ｐ陀邢拊Ｐ皖A(yù)試驗靈敏度分析模型修正相關(guān)性分析流程通過評估分析的結(jié)果來推斷模型中需要修正的部位并不總是很容易。LMSVirtual.LabCorrelation（相關(guān)性分析）提供專門的工具，能夠直接識別出模型中需要改進(jìn)的地方。例如，通過靈敏度分析快速的從指定參數(shù)中找出影響最大的參數(shù)。同時，在LMSVirtual.LabCorrelation中可以選擇驅(qū)動內(nèi)置求解器或外部求解器來自動進(jìn)行模型修正。例如，驅(qū)動NastranSolution200修正仿真模型的模態(tài)特性和頻響函數(shù)?；趯嶒灁?shù)據(jù)對有限元模型進(jìn)行評估指出建模過程中誤差產(chǎn)生的原因定義系統(tǒng)目標(biāo)和改進(jìn)仿真模型設(shè)計傳感器和激勵源的布置位置并進(jìn)行優(yōu)化混合建模為了加快建模的過程和提高模型的精度，并且減少計算量，有時可以采用LMS獨(dú)有的混合建模工具，將試驗?zāi)Ｐ秃陀邢拊Ｐ脱b配起來，建立混合模型。通常不關(guān)心的部件采用試驗?zāi)Ｐ停容^重要的部件采用有限元模型。載荷確定利用Virtual.LabMotion或者其它的多體仿真軟件進(jìn)行發(fā)動機(jī)的多體動力學(xué)仿真，可以得到精確的載荷結(jié)果，該多體動力學(xué)仿真模型包括柔性體如曲軸，并可以定義加速工況。另外也可以從具有相同功能的軟件分析結(jié)果中得到所要施加的激勵力。Virtual.Lab提供各種必要的接口用來輸入數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與NVH分析目的相關(guān)的數(shù)據(jù)格式，如發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速速數(shù)據(jù)，定轉(zhuǎn)速的頻譜或發(fā)動機(jī)階次范圍。一般地，發(fā)動機(jī)原始激勵力是時間的函數(shù)。利用Virtual.Lab里的FFT功能可以將時域上的激勵力轉(zhuǎn)換成頻域上的函數(shù)?；谀B(tài)的強(qiáng)迫響應(yīng)分析動力總成的激勵力是下面變量的函數(shù)：位置：曲軸軸承，燃燒爆發(fā)壓力，等發(fā)動機(jī)工況：不同轉(zhuǎn)速，規(guī)定轉(zhuǎn)速或按規(guī)定次序的轉(zhuǎn)速頻率：一般從20Hz到3000Hz或更高LMSVirtual.Lab可以輸入各種激勵力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)，保存到LFS(載荷函數(shù)集)。同樣，激勵力數(shù)據(jù)可以直接用Virtual.LabMotion和其它多體仿真軟件進(jìn)行發(fā)動機(jī)多體動力學(xué)仿真得到，并可以直接用到強(qiáng)迫響應(yīng)分析中。分析載荷數(shù)據(jù)時可以用分析NVH結(jié)果顯示的工具，像色圖等工具。對多轉(zhuǎn)速工況下的加速激勵力數(shù)據(jù)，Virtual.Lab可以對激勵力數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析。與全頻載荷數(shù)據(jù)相比，基于階次分析的激勵力數(shù)據(jù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，在計算中它只需要用更少的數(shù)據(jù)點(diǎn)。LMSVirtual.Lab中的強(qiáng)迫響應(yīng)求解器，可以是基于模態(tài)的，也可以是基于FRF的。對于發(fā)動機(jī)輻射噪聲仿真，建議使用基于模態(tài)的求解器。發(fā)動機(jī)輻射噪聲仿真計算的準(zhǔn)備過程是比較簡單的,客戶只需要輸入載荷（LFS）和模態(tài)數(shù)據(jù)。如果需要，客戶還可以用圖形來顯示發(fā)動機(jī)上被保留的用于振動分析的點(diǎn)。做一個完整的聲學(xué)分析時，不需要計算結(jié)構(gòu)表面的振動。實際上Virtual.LabEngineAcoustics利用了模態(tài)方法，該方法只需要用模態(tài)參與因子。該技術(shù)可以明顯減少計算數(shù)據(jù)，同時并不影響計算精度。一般地，在振動分析過程中，客戶只需保留發(fā)動機(jī)上少量點(diǎn)的結(jié)果數(shù)據(jù)，用在發(fā)動機(jī)聲學(xué)仿真計算中。模態(tài)參與因子還可以直接運(yùn)用到聲學(xué)強(qiáng)迫響應(yīng)分析中（MATV響應(yīng)分析）。如果客戶不想做一個完整的聲學(xué)分析，只想分析表面振動數(shù)據(jù)，這也比較簡單：可利用Virtual.Lab里的組函數(shù)功能創(chuàng)建表面和要求輸出振動結(jié)果的點(diǎn)的組函數(shù)。Virtual.Lab可以計算所有工況和所有頻率上的組函數(shù)。一旦振動強(qiáng)迫響應(yīng)完成，客戶有兩個選擇：用BEM技術(shù)進(jìn)行的聲學(xué)分析或分析結(jié)構(gòu)表面的振動數(shù)據(jù)。無論用BEM技術(shù)進(jìn)行更細(xì)致的聲學(xué)分析，還是分析結(jié)構(gòu)表面的振動數(shù)據(jù)，這兩種選擇Virtual.Lab都支持。振動數(shù)據(jù)分析完成結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫響應(yīng)計算后，客戶便可以開始分析與整個發(fā)動機(jī)NVH性能有關(guān)的結(jié)果數(shù)據(jù)。實際上盡管沒有進(jìn)行詳細(xì)的聲學(xué)仿真，通過分析結(jié)構(gòu)的表面振動數(shù)據(jù)也可以發(fā)現(xiàn)潛在問題存在的區(qū)域，如關(guān)鍵的轉(zhuǎn)速、頻率、階次或結(jié)構(gòu)上輻射噪聲較高的位置。在結(jié)果數(shù)據(jù)分析處理中可以運(yùn)用各種后處理工具。另外，對發(fā)動機(jī)上特殊點(diǎn)的強(qiáng)迫響應(yīng)分析，也可以創(chuàng)建振動結(jié)果數(shù)據(jù)的3D圖和進(jìn)行工作狀態(tài)下的分析。在整個頻率范圍內(nèi)查看發(fā)動機(jī)的振動結(jié)果，可以讓用戶發(fā)現(xiàn)存在問題的區(qū)域。也可以將振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲功率，包括在頻帶上進(jìn)行自動積分。積分頻帶的選擇由專用的用戶接口決定。網(wǎng)格粗化完成結(jié)構(gòu)振動的仿真計算后，可以選擇繼續(xù)進(jìn)行聲學(xué)仿真計算。為了進(jìn)行聲學(xué)仿真計算，需要生成粗糙化網(wǎng)格。要生成一個聲學(xué)BEM網(wǎng)格，首先需要做的是提取實體單元的表面，得到實體網(wǎng)格內(nèi)外層上的殼單元，然后需要手動或自動修補(bǔ)開口的孔，之后就可以進(jìn)行聲學(xué)仿真。但是如果將結(jié)構(gòu)上的筋去掉，能使計算時間縮短幾個小時。以往生成聲學(xué)網(wǎng)格這個過程需要幾個人花費(fèi)幾周的時間才能完成一個完整的動力總成模型。由于這個過程用時太長，以至在設(shè)計過程中不能發(fā)揮有效的作用。Virtual.Labt提供了一個網(wǎng)格粗化工具，可以讓客戶在幾個小時內(nèi)完成這份工作，不僅不需要進(jìn)行網(wǎng)格清理，而且生成的是一個全新的網(wǎng)格，網(wǎng)格的屬性由客戶感興趣的頻率范圍決定。例如，將仿真計算的頻率范圍上限設(shè)置到2000Hz,Virtual.Lab將要創(chuàng)建一個以四邊形為主的邊界元網(wǎng)格，有效頻率到2000Hz，單元的平均尺寸為29mm，這滿足一個波長內(nèi)有六個單元的準(zhǔn)則。仿真完成后也可以檢查網(wǎng)格的有效性。計算結(jié)果表明只要滿足一個波長內(nèi)有六個單元的準(zhǔn)則，計算精度就不會受到影響。利用這個準(zhǔn)則的另一個優(yōu)點(diǎn)就是可以明顯縮短計算時間。ATV數(shù)據(jù)庫與聲學(xué)響應(yīng)計算在完成粗化網(wǎng)格后，客戶需要在麥克風(fēng)的位置上定義場點(diǎn)網(wǎng)格。利用Virtual.Lab里的工具可以定義柱面聲場網(wǎng)格、平面聲場網(wǎng)格、球面聲場網(wǎng)格、標(biāo)準(zhǔn)聲場網(wǎng)格等。標(biāo)準(zhǔn)聲場網(wǎng)格可以用于進(jìn)行聲功率的計算。生成聲場網(wǎng)格后，接下來需要計算聲傳遞向量（ATV）數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)的邊界元方法把結(jié)構(gòu)的振動直接定義為聲學(xué)輻射問題的邊界條件，這種方法的缺點(diǎn)是：這些邊界條件隨著載荷條件的改變而改變。因此必須針對每一種載荷條件建立不同的求解方案。LMSVirtual.Lab利用了ATV技術(shù)，ATV是一種傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)建立起輻射表面的結(jié)構(gòu)振動與輸出場點(diǎn)處聲壓級之間的聯(lián)系。ATV取決于幾何形狀、網(wǎng)格密度、聲域內(nèi)的介質(zhì)特性、聲學(xué)表面的特征（阻抗和導(dǎo)納）、頻率和場點(diǎn)位置。ATV和載荷無關(guān)，這意味著ATV技術(shù)特別適合于多工況分析，像發(fā)動機(jī)加速工況和結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)優(yōu)化。該技術(shù)在載荷和設(shè)計參數(shù)變化的仿真計算中顯示出巨大的優(yōu)越性，因為只要不改變有限元模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就不需要重新運(yùn)行求解器。另一個優(yōu)點(diǎn)是與結(jié)構(gòu)計算相比，ATV計算頻帶更寬，因為ATV是頻率的光滑函數(shù)。依據(jù)發(fā)動機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)，建議使用5Hz到25Hz寬的頻帶。使用大的頻帶可以節(jié)省BEM模型的計算時間。汽車振動噪聲分析通過試驗或者仿真分析可以得到輸入載荷，從而接合有限元模型進(jìn)行強(qiáng)迫響應(yīng)分析和傳遞路徑分析，找出振動和噪聲大的位置，同時利用修改預(yù)測功能對結(jié)構(gòu)和連接點(diǎn)進(jìn)行修改，從而找到解決振動噪聲問題的方法。汽車有限元模型傳遞路徑分析結(jié)果消聲器聲學(xué)設(shè)計共鳴腔消聲措施的客戶化應(yīng)用對于消聲器來說，共鳴腔設(shè)計將起到非常重要的作用。LMS在共鳴腔的傳遞損失分析方面在全球有著廣泛的應(yīng)用?？梢钥紤]阻性消聲，抗性消聲以及溫度梯度以及流體流動效應(yīng)的影響?？梢暬治隹蛻艨梢陨?D或3D圖形，對不同結(jié)果進(jìn)行對比，還可以定義不同圖形的格式和功能。Virtual.Lab發(fā)動機(jī)輻射噪聲仿真提供的工具使客戶可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計的缺陷，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化。包括：傳遞路徑分析面板貢獻(xiàn)量分析模態(tài)貢獻(xiàn)量分析快速修改預(yù)測對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行修改是設(shè)計過程中重要的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)就是不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，如發(fā)動機(jī)設(shè)計完成后，做一些小的修改是必要的，這時就需要用到快速修改預(yù)測?？焖傩薷念A(yù)測允許客戶通過在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置上更改物理特性，如增加集中質(zhì)量、剛度、阻尼等，調(diào)整結(jié)構(gòu)模態(tài)行為。在Virtual.Lab的集成解決方案里，可以完成對分析數(shù)據(jù)的修改，并重新運(yùn)算分析結(jié)果，進(jìn)而判斷修改效果。通過圖形顯示修改的位置和圖形顯示修改“前后”響應(yīng)函數(shù)的對比，能給提供客戶所需要的信息。這是一個快速有效的方法用來評估修改結(jié)果，且不需要利用有限元求解器對模態(tài)重新計算。細(xì)化與優(yōu)化無論與目標(biāo)水平相比是否存在明顯的問題，或是優(yōu)化目的是否為了改進(jìn)設(shè)計，最終的目標(biāo)是利用分析數(shù)據(jù)完成設(shè)計循環(huán)。這些可以分階段完成，不斷增加對分析數(shù)據(jù)、網(wǎng)格或結(jié)構(gòu)模態(tài)修改程度。用戶從方案中的獲益準(zhǔn)確快速的預(yù)測發(fā)動機(jī)聲學(xué)問題在LMSVirtual.lab環(huán)境，還可以直接利用測試數(shù)據(jù)，對于全新的結(jié)構(gòu)，由于需要改進(jìn)優(yōu)化，可以用有限元模型。對于無需修改的結(jié)構(gòu)件，可以直接用測試模型，建立混合仿真模型。這樣既可以大大地提高計算精度，還可有效節(jié)省工程師的時間。該方案的求解器利用獨(dú)特且有效的ATV（聲學(xué)傳遞向量）技術(shù)。它可以快速分析多轉(zhuǎn)速工況；另外當(dāng)分析多個設(shè)計方案時，它還可以加快重新運(yùn)算速度。從基于結(jié)構(gòu)表面振動的結(jié)果中，可以預(yù)測總輻射噪聲和在預(yù)定義位置處的聲壓級，并使整個發(fā)動機(jī)噪聲輻射預(yù)測過程從幾個月減少到一天。利用高級子結(jié)構(gòu)技術(shù)，可以對單個組件優(yōu)化，并快速預(yù)測優(yōu)化結(jié)果，不必重新計算整個發(fā)動機(jī)模型，這可以節(jié)約大量的計算時間。理解問題的本質(zhì)根據(jù)噪聲輻射預(yù)測結(jié)果，客戶可以利用ISO3744場點(diǎn)網(wǎng)格計算總的輻射聲功率，分析在激勵力作用下的聲學(xué)靈敏性，并利用一組清晰的可視化工具查看得到的聲壓級。利用先進(jìn)的后處理工具像面板貢獻(xiàn)量、模態(tài)貢獻(xiàn)量和路徑貢獻(xiàn)量等，可以讓客戶發(fā)現(xiàn)設(shè)計上存在的弱點(diǎn)。幫助客戶發(fā)現(xiàn)問題存在的區(qū)域。在設(shè)計初期利用這些噪聲仿真結(jié)果的細(xì)節(jié)，就可以在基本發(fā)動機(jī)定型之前優(yōu)化設(shè)計外部的筋、油底殼、螺栓布置等，使設(shè)計領(lǐng)先于同類產(chǎn)品。Virtual.Lab提供了各種工具用來分析噪聲產(chǎn)生的原因，并幫助客戶找出合適的設(shè)計方案。聯(lián)合Virtual.Lab優(yōu)化功能，這也是一個快速有效的工具，客戶可以優(yōu)化發(fā)動機(jī)的輻射噪聲問題。兼容性Virtual.Lab可以輸入多種類型的數(shù)據(jù)，像載荷不但可以是測試數(shù)據(jù)而且可以是多體動力學(xué)計算的仿真數(shù)據(jù)。載荷可以直接傳遞和連接到聲學(xué)輻射仿真模型，因此多體動力學(xué)仿真模型的任何改動都直接影響聲學(xué)仿真結(jié)果。這可以讓客戶直接查看設(shè)計參數(shù)修改后的結(jié)果，而且用ATV方法使計算時間只有幾分鐘。流程化Virtual.Lab可以將整個處理過程保存下來，這是一個很大的優(yōu)點(diǎn)?？蛻糇霾煌d荷條件下或不同發(fā)動機(jī)設(shè)計方案的仿真時，只需按照保存下來的流程進(jìn)行處理即可，這樣可以保證操作過程無誤。國內(nèi)外用戶情況國外汽車行業(yè)聲學(xué)仿真部分用戶清單 AlfaRomeo，AstonMartin，Audi，BMW，BMWMotorcycles，DaimlerChrysler，Daewoo，F(xiàn)iat，F(xiàn)ord，GeneralMotors，HarleyDavidson，Honda，Hyundai，Isuzu，Jaguar，Mazda，MackTrucks，Mitsubishi，Nissan，Paccar，Peugeot，Porsche，Renault，Rover，Saab，Scania，Suzuki，Toyota，Volvo，Volkswagen，Cummins，Caterpiller,STX…國內(nèi)汽車行業(yè)聲學(xué)仿真部分用戶清單一汽，二汽，北汽福田，上汽，奇瑞，長安，泛亞，匯眾，江淮，洪湖，宇通，玉柴，清華大學(xué)，北京理工大學(xué)，武漢理工大學(xué)，天津內(nèi)燃機(jī)研究所，吉林工大，同濟(jì)大學(xué)，華中科技大學(xué)，上海交通大學(xué)，70所，201所等硬件配置需求建議的硬件配置為：CPU:雙核2G以上；內(nèi)存：≥2GB；硬盤：160GB以上；顯示器：高分辨率1280x1024；操作系統(tǒng)：Windows2000/XP；包含光驅(qū)，網(wǎng)卡（TCP/IP）等PC或筆記本移動工作站培訓(xùn)計劃及目標(biāo)培訓(xùn)分以下5個方面進(jìn)行：(1)聲學(xué)仿真理論培訓(xùn)和軟件操作培訓(xùn)：該培訓(xùn)由LMS技術(shù)支持工程師李增剛主講和輔導(dǎo)練習(xí)，每次約3天。每月進(jìn)行，在北京舉辦。新用戶免費(fèi)參加，食宿自理。(2)軟件安裝調(diào)試和使用培訓(xùn)：由LMS北京代表處技術(shù)支持工程師到用戶現(xiàn)場進(jìn)行。一般首次安裝調(diào)試半天，產(chǎn)品使用培訓(xùn)3天左右。隨后用戶可以自行使用一段時間。(1)和(2)的先后順序可根據(jù)用戶實際情況調(diào)整。(3)再次鞏固提高培訓(xùn)：在用戶使用一段時間之后，由LMS北京代表處派技術(shù)支持工程師到用戶現(xiàn)場進(jìn)行培訓(xùn)。結(jié)合用戶具體噪聲問題，指導(dǎo)用戶正確進(jìn)行噪聲仿真分析。一般3天左右。(3)導(dǎo)航項目：結(jié)合濰柴現(xiàn)有的具體項目，LMS公司將協(xié)助濰柴建立發(fā)動機(jī)輻射噪聲仿真流程。(4)指導(dǎo)服務(wù)：經(jīng)過上述各步培訓(xùn)，用戶完全可以自主使用軟件進(jìn)行分析。若還有個別問題，可隨時聯(lián)系LMS北京代表處或直接聯(lián)系各支持工程師，實時取得指導(dǎo)。(5)振動噪聲先進(jìn)技術(shù)和案例分析研討會：由LMS總部負(fù)責(zé)咨詢的資深經(jīng)理進(jìn)行。LMS公司是振動噪聲疲勞試驗分析系統(tǒng)、CAE軟件、工程咨詢服務(wù)3方面領(lǐng)先的公司，也是國際上唯一的集3種技術(shù)于一身的公司。與國外各大公司的新技術(shù)研發(fā)合作和項目合作，使得講座內(nèi)容豐富，案例分析落到實處。此研討會基本上每年舉行一次。售后服務(wù)承諾(1)軟件一年的免費(fèi)版本更新，一年后升級收費(fèi)，自安裝調(diào)試結(jié)束日起算。(2)隨時Email和電話支持，48小時到現(xiàn)場支持。(3)免費(fèi)國外用戶文章提供和國外用戶應(yīng)用經(jīng)驗隨時email、雜志發(fā)送。技術(shù)支持情況LMS提供專業(yè)的本地技術(shù)支持服務(wù)，以保證用戶在更好掌握軟件的使用，并解決工程中碰到的各種工程實際問題。目前，LMS中國區(qū)共有16個技術(shù)支持工程師，均為碩士以上學(xué)歷，其中博士有6人，而且均有2年以上NVH工作經(jīng)驗。其中Virtual.Lab的支持工程師有6位，現(xiàn)將噪聲仿真的負(fù)責(zé)人員介紹如下：詹福良：北航博士后出站后，在航天2院工作多年，專門從事結(jié)構(gòu)聲學(xué)仿真研究，有多年航天領(lǐng)域的工程經(jīng)驗，現(xiàn)任LMS公司產(chǎn)品經(jīng)理，負(fù)責(zé)振動，噪聲產(chǎn)品。石銀明：01年上海交大振動沖擊噪聲國家重點(diǎn)實驗室博士，01年~04年在比利時參加魯汶大學(xué)主持的復(fù)合材料參數(shù)識別項目，專門從事結(jié)構(gòu)振動研究，工程經(jīng)驗豐富，現(xiàn)任LMS公司CAE技術(shù)經(jīng)理。李增剛：大連理工大學(xué)力學(xué)系碩士畢業(yè)，曾在北汽福田汽車研發(fā)中心工作多年，加入LMS后，專門負(fù)責(zé)振動，噪聲產(chǎn)品的支持服務(wù)工作，有專著3本。唐浩：06年清華大學(xué)博士畢業(yè)后，一直從事流體及聲學(xué)仿真技術(shù)研究工作，加入LMS后，專注于流體誘導(dǎo)噪聲的研究及應(yīng)用。LMS公司介紹LMSInternationalN.V.成立于1979年，總部位于比利時魯文。在公司成立的初期，LMS依據(jù)其在振動噪聲方面的特有技術(shù)為汽車、鐵路、航天、航空、船舶、兵器領(lǐng)域的客戶提供技術(shù)和咨詢服務(wù)。1983年，LMS公司在世界上首次引入計算機(jī)輔助振動噪聲測試、分析系統(tǒng)。1987年LMS發(fā)布了第一代系統(tǒng)CADA-X，其先進(jìn)的性能很快得到測試工程師的認(rèn)可。從那時起，許多機(jī)械企業(yè)的測試試驗室，實際上，幾乎所有的汽車廠商都采用LMS解決方案來處理復(fù)雜的聲振問題。1992年，LMS在聲振優(yōu)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)又一次突破，她推出的聲振CAE軟件在設(shè)計階段就可實現(xiàn)聲振優(yōu)化。在產(chǎn)品開發(fā)初期通過計算機(jī)仿真，可以減少實物原型的數(shù)量，有效降低了開發(fā)的周期與成本。1993年，LMS并購了NIT（Numeri