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

MSC Nastran Desktop

Multidiscipline Simulation for your Desktop

Patran

Complete FEA Modeling Solution