声固耦合模型的建立

2016-09-20 by:CAE仿真在线来源:互联网

所谓声固耦合模型是指所建立的模型声场和结构场之间能够相互影响相互作用的模型。噪声是由振动引起的,但并不是相同的振动都会产生同样的噪声,还与系统声学特性密切相关。当空腔壁板受到外界激励后引起车身壁板振动,同时壁板的振动还要受到空腔流体介质(空气)的制约,壁板振动产生噪声,在经过驾驶室内空腔的放大或衰减,反过来产生的噪声同样在壁板上放大或抑制壁板的振动,外界激振力输入后经过这样的耦合后传到受声点,才形成最终的车内噪声。这说明空腔四周壁板的机械振动和内部声腔空气的声振动相互耦合,相互影响的。因此,单独考虑空腔结构本身的振动模态或单独考虑空腔声学模态都不能反映力—振动、振动—声、声—振动这样的系统耦合特性。而必须将结构振动和空腔流体介质(空气)耦合起来考虑耦合体统的模态参数,才能跟准确、更真实的反应实际情况。

有限元软件ANSYS能够进行结构动态特性分析和耦合声场分析,但这需要建立声固耦合模型。因此本文就建立声固耦合模型的方法结合实例做简要的介绍。

ANSYS中建立声固耦耦合有限元模型和进行结构声学分析的步骤如下:

1、建立结构三维实体模型;

2、建立内部流质三维实体模型;

3、对结构和流质模型进行有限元网格划分;

4、设置流固耦合单元;

5、在求解器中进行振动模态求解和受激励的谐响应分析;

6、对计算结果进行后处理。

一、长方体空腔声固耦合模型的建立:

1、根据图纸定义各部分的几何形状(点、线、面和体)。本例的空腔结构尺寸如下图1所示:

图1 结构尺寸

根据尺寸建立结构的骨架和三维模型(包括流体模型)如图2、图3所示:

图2 结构骨架

图3 三维实体

2、建立结构和空腔流体的材料特征库。骨架与钢板密度,弹性模量,泊松比,空腔钢板厚度2mm。空气密,声速。

3、选择和定义单元类型,并对以建立的几何要素赋以单元类型。该封闭腔有梁和板组成的,在ANSYS中采用其中紧贴结构的流体采用“接触型”单元(FLUID30,keyopt(2)=0:structure present)表示声固耦合单元(编号1);内部声场用三维流体单元(FLUID30,keyopt(2)=1:structure absent)表示(编号2);三维弹性壳单元(SHELL63)代表封闭腔的壁(编号3);梁单元(BEAM188,截面0.05×0.05m)表示梁(编号4)。

4、对已赋单元类型的几何要素进行网格划分。在划分流体网格时要注意网格尺寸,网格划分过于粗糙会产生较大误差。对于线性有限元和边界元模型来说,通常假设在最小波长内有6个单元,也就是最大单元的边长要小于计算频率最短波长的的1/6,或者要小于最高计算频率点处的波长的1/6;对于二次单元,最大变长要小于计算频率最短波长的1/3,或者要小于最高频率点出的波长的1/3。假设声音在某流体介质中的传播速度是
,某个单元的长度是
,给定单元如果是线性单元,那么这个单元可以计算到的最大频率为