CN102128675A - 获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，包括：A、建立排气系统流体模型、结构模型及流体——结构耦合模型；B、测试发动机激励响应曲线；C、辐射噪声计算。采用上述技术方案，对排气系统的辐射噪声进行计算和预测，为后续排气系统结构优化奠定基础，从而使排气系统达到较理想的NVH性能，克服了现有技术中依据排气系统模态结果或经验判断其声场情况的局限性。
Description
技术领域
本发明属于汽车工程的技术领域，涉及汽车工程中的噪声模拟、预测、分析和计算的技术，更具体地说，本发明涉及一种获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法。
背景技术
汽车排气系统一般是指从发动机排气多支管到排气尾管各个部件的组合。排气系统一般包括三元催化器、柔性管、前置消声器、后置消声器、中间连接管、尾管、法兰、挂钩、挂钩隔振器等部件。
排气系统的管道和消声元件被机械振动激励，或者受内部流体压力波动引起振动，这些被激励的结构对外将声音辐射出去，形成了辐射噪声。由于排气系统一端通过排气多支管与发动机相连，发动机是最主要的激振源，它会带动整个排气系统的振动。排气系统中有很多薄板，如消声器的外壳、催化器的外壳和管道外壳等。一旦这些薄板被激起振动，就会对外辐射噪声；另一方面排气系统内的气流对薄板产生的脉动力，均会引起辐射噪声。
汽车排气系统的振动和噪声是整车NVH性能的重要表现部分。而且其使用的可靠性也需要有充分的保证。由于排气系统是汽车中最主要的振动源之一，而辐射噪声又是排气系统重要的噪声源，因此如何减小排气系统的辐射噪声对整车NVH性能的提升非常重要。
以往的计算对排气系统的辐射噪声没有足够的重视，或者没有很好的方法，目前主要依据排气系统的模态结果及经验来判断其辐射噪声影响，局限性很大。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其目的是对排气系统的辐射噪声进行计算和预测，为后续排气系统结构优化奠定基础，从而使排气系统达到较理想的NVH性能。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法包括：
A、建立排气系统流体模型、结构模型及流体——结构耦合模型；
B、测试发动机激励响应曲线；
C、辐射噪声计算。
在以上所述的A中：
所述的流体模型均采用六面体单元模拟，单元大小保证每波长六节点原则，前后消音器内部流体网格要求其挡板和内部管道的网格与流体的网格节点对齐，但不重合；
所述的结构模型采用壳单元模拟，其大小与流体网格相对应；焊缝采用RBE2连接；三元催化装置及前、后消声器通过调整材料密度的方法，将其质量平均分配到外壳上；所述的结构模型还应包括动力总成和悬置系统，将所述的动力总成抽象成具有集中质量和惯性参数的刚体；将所述的悬置系统抽象成具有静刚度的bush单元；各个零件之间用RBE2单元进行连接；
所述的流体——结构耦合模型通过软件实现，耦合后的模型考虑排气系统中流体对声场的影响。
在以上所述的B中：
应用实验测试发动机激励响应曲线，并通过数据转换导入到计算软件中，并将该激励加在流体——结构耦合模型中的动力总成质心位置，作为激励的输入点，输出位置选取吊挂与车身侧的连接点。
在以上所述的C中：
应用动力学软件对排气系统进行模态计算，输入到计算软件中，并应用计算软件的Structrue模块对排气系统结构模型进行发动机激励响应分析，响应点选取在模型吊挂位置；
应用该计算软件中的Acoustic模块进行计算，计算其声压响应；声源即为所述的软件计算得到的发动机激励响应，模型为排气系统流体——结构耦合模型，按ISO3744-1994选取标准场点，模拟20个麦克，测试排气系统的辐射噪声；通过计算得到得声压响应结果，通过云图或曲线的形式查看排气系统辐射声场分布情况或20个麦克所处不同位置得到的声压结果曲线。
以上所述的计算软件为LMS.Virtual.lab。
以上所述的动力学软件为Nastran。
本发明采用上述技术方案，对排气系统的辐射噪声进行计算和预测，为后续排气系统结构优化奠定基础，从而使排气系统达到较理想的NVH性能，克服了现有技术中依据排气系统模态结果或经验判断其声场情况的局限性。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的排气系统结构有限元模型示意图；
图2为本发明的场点响应曲线示意图。
图1中的标记为：
1、动力总成简易模型，2、主催化器，3、前消声器，4、后消声器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明提供的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，包括：
1、建立排气系统流体模型、结构模型及流体——结构耦合模型；
2、测试发动机激励响应曲线；
3、辐射噪声计算。
本发明对排气系统的辐射噪声进行计算和预测，为后续排气系统结构优化奠定基础，从而使排气系统达到较理想的NVH性能。
具体实施如下：
1、建立排气系统流体模型、结构模型及流体——结构耦合模型。
如图1所示，本发明的模型包括动力总成简易模型1、主催化器2、前消声器3和后消声器4.
排气系统的流体模型均采用六面体单元模拟，单元大小保证每波长六节点原则，前后消音器内部流体网格要求其挡板和内部管道的网格与流体的网格节点对齐，但不重合。
对于排气系统的结构模型，主要采用壳单元模拟，其大小最好与流体网格相对应，便于后续生成流体-结构耦合模型。焊缝采用RBE2连接。三元催化装置，前、后消声器通过调整材料密度的方法，将其质量平均分配其外壳上。此外结构模型还应包括动力总成和悬置系统，由于其外形的复杂性，将动力总成抽象成具有集中质量和惯性参数的刚体，悬置系统抽象成具有静刚度的bush单元，各个零件之间用RBE2单元进行连接。如图1所示。Bush模拟的是悬置系统中橡胶的刚度。
以上所述的焊缝指的是吊钩与排气系统之间的焊缝，RBE2连接的定义为：RBE2单元代表一种刚性连接，可以模拟焊接形式或刚体的连接方式。
流体——结构耦合的概念就是将流体与结构进行耦合，流体就是空气声场。流体——结构耦合模型主要通过软件如LMS.Virtual.lab实现，耦合后的模型考虑了排气系统中流体对声场的影响。
LMS Virtual.Lab是世界上第一个功能品质工程集成解决方案，用于振动、噪声、平顺性与操纵稳定性、舒适性、安全性、碰撞、耐久性以及其它关键属性的分析。LMS Virtual.Lab是一个开放的环境，实现了与CAD、CAE和试验的无缝连接，为多学科设计分析提供一切所需的工具，从而更快地为市场提供更好的产品。
2、测试发动机激励响应曲线。
应用实验测试发动机激励响应曲线，并通过数据转换如excel格式导入到计算软件如LMS.Virtual.lab中，并将该激励加在流体——结构耦合模型中的动力总成质心位置做为激励的输入点，输出位置通常选取吊挂与车身侧的连接点。
3、辐射噪声计算。
应用动力学软件如Nastran对排气系统进行模态计算，输入到LMS.Virtual.lab软件中，并应用该软件的Structrue模块对排气系统结构模型进行发动机激励响应分析，响应点选取在模型吊挂位置。
其算法是采用nastran中的101求解器，即自由模态的计算，计算结果直接导入到了vl软件中。激励采用的是常规的随机振动发动机激振，分析结果是排气吊挂点的振动响应。
应用LMS.Virtual.lab软件中的Acoustic模块进行计算，计算其声压响应。声源即为上述中计算得到的发动机激励响应，模型为排气系统流体-结构耦合模型，选取标准场点(ISO3744-1994)模拟20个麦克，测试排气系统的辐射噪声。通过计算得到得声压响应结果可以通过云图或曲线的形式查看排气系统辐射声场分布情况或20个麦克所处不同位置得到的声压结果曲线。如图2所示。该曲线横坐标是频率hz，纵坐标是加速度响应N/m2，曲线主要是反映吊挂被激励后向地板传递的振动情况，峰值就表示该吊挂处振动强烈。
综上所述，本发明提供了一种预测排气系统辐射噪声的方法，首先建立排气系统流体模型及流体-结构耦合模型，其中排气系统结构模型考虑了动力总成和悬置的影响，流体——结构耦合模型考虑了排气中流体的影响；通过测试发动机激励作为系统的声源，选取ISO标准场点模拟20个不同位置的麦克，作为系统的输出。应用软件LMS.Virtual.lab软件中的Acoustic模块进行声场响应计算。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征在于：所述的方法包括：
A、建立排气系统流体模型、结构模型及流体——结构耦合模型；
B、测试发动机激励响应曲线；
C、辐射噪声计算。
2.按照权利要求1所述的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征是在所述的A中：
所述的流体模型均采用六面体单元模拟，单元大小保证每波长六节点原则，前后消音器内部流体网格要求其挡板和内部管道的网格与流体的网格节点对齐，但不重合；
所述的结构模型采用壳单元模拟，其大小与流体网格相对应；焊缝采用RBE2连接；三元催化装置及前、后消声器通过调整材料密度的方法，将其质量平均分配到外壳上；所述的结构模型还应包括动力总成和悬置系统，将所述的动力总成抽象成具有集中质量和惯性参数的刚体；将所述的悬置系统抽象成具有静刚度的bush单元；各个零件之间用RBE2单元进行连接；
所述的流体——结构耦合模型通过软件实现，耦合后的模型考虑排气系统中流体对声场的影响。
3.按照权利要求2所述的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征是在所述的B中：
应用实验测试发动机激励响应曲线，并通过数据转换导入到计算软件中，并将该激励加在流体——结构耦合模型中的动力总成质心位置，作为激励的输入点，输出位置选取吊挂与车身侧的连接点。
4.按照权利要求3所述的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征是在所述的C中：
应用动力学软件对排气系统进行模态计算，输入到计算软件中，并应用计算软件的Structrue模块对排气系统结构模型进行发动机激励响应分析，响应点选取在模型吊挂位置；
应用该计算软件中的Acoustic模块进行计算，计算其声压响应；声源即为所述的软件计算得到的发动机激励响应，模型为排气系统流体——结构耦合模型，按ISO3744-1994选取标准场点，模拟20个麦克，测试排气系统的辐射噪声；通过计算得到得声压响应结果，通过云图或曲线的形式查看排气系统辐射声场分布情况或20个麦克所处不同位置得到的声压结果曲线。
5.按照权利要求3或4所述的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征在于：所述的计算软件为LMS.Virtual.lab。
6.按照权利要求4所述的获取汽车排气系统辐射噪声参数及曲线的方法，其特征在于：所述的动力学软件为Nastran。
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