振动与噪声仿真技术简介

下雨的日子

振动与噪声仿真技术简介

本文从整体层面做一个类似综述性的介绍，方便大家有一个基础的全面的认识，当然有不当之处，欢迎留言指正。

我们把方向缩小，对于振动与噪声仿真的研究主要是针对低频、中频以及高频问题。传统来讲，低频问题利用传统的有限元、边界元方法就能够获得比较准确的结果。但是当处理中高频问题时候，传统技术就很难再做出准确的预测，主要原因是频率过大导致我们要获得准确的结果，需要更细密的网格，这对计算机硬件要求就非常之高，再者高频问题模态密度（单位频带宽的模态数）大，模态重叠严重，之前传统的方法已经无法再使用。所以就提出了使用基于能量理论的分析方法，包括统计能量分析法（SEA），能量有限元法（EFEM）以及能量边界元（EBEM），目前来说，后两者还未成熟，能量有限元法仅对简单的一些结构有研究，商用软件的集成也是简单的应用（除了大家了解的软件SimCube，还有NASTRAN也有集成）。

对能量边界元作者没有研究，应该是与传统的边界元有类似之处，只是基于能量理论来进行推倒。下面介绍能量有限元和统计能量法这两个。

能量有限元法是基于能量平衡方程推导而来，它研究的是结构中的能量流能量密度，输入量是功率（F*V），通过对能量平衡方程变换（伽辽金处理）离散，处理上与传统有限元方法是一样的。但是我们知道能量有限元法是基于波动理论的，波在结构中的传递存在反射，透射等情形，所以当波传到耦合突变处的时候，需要我们了解这个反射了多少，透射了多少，这个多少就涉及到能量传递了多少，返回了多少。所以很关键的一个问题就是计算这个传递的系数，也称为能量传递系数，对整个结构而言，只有解决这个我们才能获得能量传递系数矩阵，才能在耦合突变的位置上知道能量的传递过程，最终通过单元矩阵运算和整体矩阵组装来求解问题。

能量有限元法的好处是不存在模态密度的问题，对中高频问题能够进行有效的仿真分析，而且能够知道具体部位的能量流（或者说功率流），这样对应就能反映结构振动的情况；但是目前应用场景少，工程应用案例也比较简单，需要解决的问题比较多。

另外一个就是SEA方法。目前来说，对中高频问题的仿真应用最广的应该就是这个方法。基本思路是把研究对象分为很多的子系统，研究子系统之间的能量传递，通过子系统之间的能量平衡方程组获得各个子系统的能量值，从而反映子系统振动情况，最终对整个研究对象做出判断。对于它的应用目前是比较广泛的，在商用软件上最突出的是VA One。但是这个方法需要解决三个非常重要的参数问题，分别是：模态密度，内损耗因子，耦合损耗因子。具体每个参数怎么解决，如何处理都可以写专门的研究论文，作者能力有限，在此就不展开。

在VA One中使用一般方法是hypermesh网格划分，对子系统单独建立component，然后导出NASTRAN格式文件，导入VA One中创建声学子系统并建立连接，最终获得仿真模型。

另外还有FE-SEA，为混合分析法，结合了有限元与统计能量方法，对于预测中频问题也非常有效，目前应用也比较广泛。

采用SEA方法是能够较好的对中高频问题进行仿真分析，而且效率高，缺陷就是主要是对子系统的能量平均，所以对具体位置的响应无法给出结果，而且上面提到的三个参数也是很难精确获取，要么借助实验，要么借助经验，所以有一定难度。

以上是对振动噪声问题的仿真的简单介绍，希望对大家有所帮助，欢迎拍砖。