Шум и вибрация

Улучшение акустических характеристик изделий с помощью многодисциплинарного подхода к моделированию шума и вибрации

Шум и вибрация

Улучшение акустических характеристик изделий с помощью многодисциплинарного подхода к моделированию шума и вибрации

Horizontal spacer

Вибрация конструкций может стать причиной многих проблем, связанных с изделием: она может вызывать усталостное разрушение конструкций, вызывать дискомфорт у людей, использующих изделие или находящихся рядом, нарушать работу чувствительного оборудования, и т.д. Кроме того, нежелательные вибрации конструкций могут мешать работе изделий в соответствии с требованиями и стать потенциальной угрозой безопасности.

Выраженность шума и вибраций (NVH) – одна из характеристик изделия, легко ощущаемая людьми, и поэтому одна из приоритетных. Разработчики перспективных изделий в желании выделиться среди конкурентов довольно часто стремятся улучшить именно эту характеристику.

Благодаря передовым возможностям методов конечных элементов (FEA) и динамики многомассовых систем (MBD), предоставляемых MSC Software, пользователи могут моделировать и прогнозировать, какие вибрации будет испытывать компонент или система в различных условиях эксплуатации. Например, как водитель или пассажир будут воспринимать звук двигателя автомобиля, движущегося в крейсерском режиме или при разгоне; или ощущать вибрации и шум при проезде по выбоинам.

Системы MSC Software используются для решения различных задач, связанных с шумом и вибрациями:
  • Вычисление вклада отдельных участков вибрирующих конструкций в акустический или структурный отклик
  • Моделирование изделий с полным набором звукопоглощающих материалов
  • Автоматический модальный синтез (ACMS) – модуль ускорения расчёта собственных частот и форм
  • Оптимизация параметров изделий по критериям динамического отклика
  • Применение упругих тел при моделировании механизмов для повышения точности расчётов
  • Анализ установившихся гармонических колебаний для получения спектров вибрации и шума
  • Функции передачи шума и вибраций (FRF)
  • Комбинирование функций FRF для моделирования сложных сборных конструкций и систем (FRF-Based Assembly)
  • Анализ путей передачи колебаний
  • Идентификация нагрузок – решение обратных задач
  • Внешние нагрузки: Зависимость сил, давлений, перемещений, скоростей, ускорений и др. от частоты или времени
  • Определение вклада отдельных форм колебаний изделия в акустический или структурный отклик
  • Мультимодельная и многодисциплинарная оптимизация
  • Анализ действительных собственных частот и форм
  • Анализ динамической устойчивости систем для определения их склонности к росту амплитуд вибраций
  • Анализ откликов на случайные воздействия, сосредоточенные и распределённые
  • Эффективные методы редуцирования расчётных моделей и суперэлементов
  • Анализ переходных процессов
Области применения:
  • Авиационная, космическая и оборонная промышленность: Аэроакустика: шум вентиляторов, звукопоглощающие конструкции газотурбинных двигателей и вспомогательных силовых установок; Виброакустика: эффективное размещение звукопоглощающих материалов в кабинах и салонах, нагрузки при запуске космических аппаратов, испытания в реверберационных камерах, и др.
  • Автомобилестроение: Трансмиссии, системы выпуска отработавших газов, системы торможения, планетарные редукторы, цепные передачи, дефлекторы вентиляции, силовой агрегат, узлы крепления двигателей, крепление трансмиссии, эластичные детали заднего моста, эластичные детали переднего моста.
  • Тяжелое машиностроение: Фронтальные погрузчики, системы подвески труб, динамика транспортных средств и шасси, упруго-демпферные опоры, амортизаторы кабин, и др.
Приложение импульсной нагрузки для анализа шума и вибраций во временной области

Анализ вибраций квадроцикла

Понимание вибрационных характеристик узла или системы обычно требует от инженера знания как собственных частот и форм колебаний изделия, так и того, какой отклик может возникать при гармоническом или произвольном изменении внешних воздействий.

Системы MSC Software для анализа NVH содержат инструменты линейного и нелинейного анализа переходных процессов и частотного отклика конструкций, систем и механизмов. Результаты этих расчётов могут быть в дальнейшем использованы для анализа распространения шума или анализа долговечности изделий.

Моделирование глушителя

Излучение шума корпусом двигателя

Распространение шума в замкнутой полости

MSC Software предлагает проверенные решения и методы для моделирования и анализа внутренней и внешней акустики.

Для внутренней акустики MSC Software предлагает моделирование взаимодействия сплошных сред и конструкций, с помощью которого вычисляют акустическое давление внутри ограниченной области. Одно из основных применений – расчёт шума, который воздействует на людей в салонах и кабинах транспортных средств. Анализ внешней акустики предполагает распространение звука в бесконечно протяжённом пространстве за пределами расчётной модели – для этого предусмотрены специальные методы расчёта. При использовании метода бесконечных элементов потребность в больших сетках ближнего поля отпадает, что сокращает размерность задач. Такие методы могут быть применены в единой расчётной модели совместно с анализом других факторов, конструкций и областей сплошных сред.

Другой технологией, помогающей в принятии конструкторских решений по снижению шума и вибраций, является анализ вклада отдельных панелей или форм колебаний в акустический или структурный отклик. Получив такие результаты, инженер может определить, какую часть конструкции нужно изменять для наиболее эффективного снижения шума и вибраций.




Анализ путей передачи шума и вибраций в автомобиле

Типичная подзадача анализа шума и вибраций — определение путей передачи энергии от источника к рассматриваемой точке.

На ранних этапах разработки изделия пути передачи энергии дают инженерам важную информацию о том, какие детали вносят большой вклад в передачу воздействий и можно ли модифицировать пути их передачи для снижения шума и вибрации в интересующих точках.

Наряду с определением функций передачи воздействий в относительно простых узлах и деталях имеется возможность их комбинирования в сложные сборки и автоматического вычисления путей передачи воздействий – Transfer Path Analysis (TPA).

В примере, представленном слева, проводится анализ передачи вибраций, возникающих в шинах автомобиля при его движении, а также в двигателе. Интерес представляет снижение шума в зоне головы водителя и пассажира, а также снижение вибраций пола в салоне. Анализ путей передачи воздействий помогает выявить детали в составе сложного изделия, которые недостаточно эффективно гасят воздействие и передают те участки спектра, которые влияют на комфорт в салоне.

Анализ характеристик связи кузова и подвески автомобиля

Довольно часто важные параметры акустической и вибрационной нагруженности изделий, воспринимаемой людьми внутри и снаружи, определяются всей конструкцией в целом.

Чтобы вычислить такие параметры, приходится моделировать изделие в сборе, что выливается в большую размерность решаемых задач и высокую сложность сборок. Компания MSC Software предлагает широкий набор методов и подходов, обеспечивающих эффективный анализ для таких моделей. Можно отметить несколько основных методов:

  • Точное моделирование соединительных элементов: сварных точек и швов, заклёпок, групповых болтовых соединений, в том числе с предварительной затяжкой, клеевые соединения, и др.
  • ACMS — Автоматический модальный синтез для быстрого расчёта собственных форм колебаний в параллельных режимах, многократно ускоряющий решение для задач больших размерностей или с большим количеством вычисляемых мод.
  • Внешние суперэлементы для использования в процессе сборки позволяют логически разделить всё транспортное средство и повторно использовать информацию о компонентах.

Related Products: 

Actran Acoustics

Программный комплекс для анализа акустики

Adams

Динамика многомассовых систем (MBD)

Marc

Многодисциплинарный нелинейный анализ

MSC Nastran

Прочность, динамика, долговечность, оптимизация

Patran

Универсальный графический пользовательский интерфейс