CN103258099A - 一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法。本发明包含以下步骤：以客机机舱为原型，基于HYPERMESH软件，采用自由网格划分方法，建立含座椅的机舱结构网格模型；将上述机舱结构网格模型以*.cdb格式导入到ANSYS中，使用分块兰索斯法进行振动模态分析并使用模态叠加法进行谐响应分析，得到机舱结构的振动频响特性；将上述振动频响特性结果文件以SYSNOISE可识别的*.fre格式作为边界激励条件导入SYSNOISE中，采用直接边界元法最终得出舱内声压频响特性；选取机舱结构参数作为设计变量，以舱内最低声压量级为设计目标，进行民机舱室的声场优化。本发明既利用了有限元法易得到振动特性的优点，又发挥了边界元法快速得到声响特性的优势，加快了计算速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，属于舱室振动声学技术领域。
背景技术
现今国内外民航事业正处在高速发展时期，在飞机的安全性、飞行性等均得到显著提升的背景下，舱室噪声是影响安全驾驶的重要因素，也是乘坐舒适性的重要指标评价，因而室内噪声问题越来越引起人们的高度重视。对舱室噪声的分析及控制方法的研究，在航空噪声研究中具有重要意义。
自上世纪八十年代初，国内外学者对飞机舱内噪声的理论分析方法进行了大量研究，已经发展了一些用于飞机舱内噪声分析、控制的研究方法，主要分为以下四种：（1）基于经典声学分析的声压传递矩阵方法和基于平面波分析的声阻抗传递分析方法；（2）有限元及边界元数值分析方法；（3）功率流方法；（4）统计能量分析方法。
上述四种声学分析方法具有各自的适用范围和对象，对于复杂飞机结构作低频声响应分析，通常采用有限元及边界元数值分析方法；对于中高频声响应分析则使用统计能量分析方法。此外，不同类型的飞机结构特性差异较大，因此，针对飞机舱内噪声的理论分析和控制方法还有待进一步的深入研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法。
本发明具体采用以下技术方案：
一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，包含以下步骤：
步骤1、以客机机舱为原型，基于HYPERMESH软件，采用自由网格划分方法，建立含座椅的机舱结构网格模型；
步骤2、将上述机舱结构网格模型以*.cdb格式导入到ANSYS中，使用分块兰索斯法进行振动模态分析并使用模态叠加法进行谐响应分析，得到机舱结构的振动频响特性；
步骤3、将上述振动频响特性结果文件以SYSNOISE可识别的*.fre格式作为边界激励条件导入SYSNOISE中，采用直接边界元法最终得出舱内声压频响特性；
步骤4、选取机舱结构参数作为设计变量，以舱内最低声压量级为设计目标，进行民机舱室的声场优化。
优选地，在建立含座椅的机舱结构网格模型时，将座椅简化为集中质量单元，从而可降低工作量，加快计算速度。
优选地，采用遗传优化算法进行民机舱室的声场优化。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
（1）针对国内民机舱内噪声的结构优化设计不完善的现状，本发明考虑了座椅的影响，并对舱室内多个位置处的声压级进行了分析和优化；
（2）本发明建立的机舱结构有限元模型中，将座椅简化为集中质量单元，降低了工作量，加快了计算速度。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为将ANSYS中的振动频响特性结果文件转换为SYSNOISE可识别的*.fre格式文件的接口流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本发明所提出的针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，包括以下几个步骤：
步骤1、以客机机舱为原型，基于HYPERMESH，采用自由网格划分方法，使用shell单元、beam单元和mass单元建立含座椅的机舱结构网格模型。机舱模型内部包括窗户、内舱、地板、加强框、天花板以及支板等结构，在机舱内部的前、中、后三处分别三排座椅，以考虑座椅结构对舱内声场的影响；隔墙位于机舱两端，将圆柱壳两端封堵，从而可以近似模拟实际的舱室结构。
步骤2、将上述有限元网格模型导入ANSYS中，使用分块兰索斯法进行振动模态分析和使用模态叠加法进行谐响应分析，得到结构振动频响特性；将ANSYS中得到的机舱结构的振动频响特性（振动位移响应）结果文件转换成SYSNOISE可识别的*.fre格式数据文件，具体接口流程如图2所示，包括以下步骤：
（1） 选择上需导出位移结果的节点；
（2） 指定起始频率、截止频率和步长；
（3） 读取需导出谐响应结果节点的总数；
（4） 建立一个数组，用于存储节点结果；
（5） 根据节点编号，按照从大到小的顺序循环读出各节点频率结果的实部和虚部，存入上述数组中；
（6） 得到SYSNOISE可识别的*.fre格式数据文件；
（7） 实现ANSYS与SYSNOISE之间的数据传输。
步骤3、将上述振动响应结果文件以SYSNOISE可识别的*.fre格式作为边界激励条件导入，同时导入机舱网格模型作为声学模型，采用直接边界元法进行舱室结构的声辐射响应分析，最终得出舱内声压频响特性。
步骤4、选取机舱结构参数作为设计变量，进行声学的结构灵敏度分析，找出对结构声学贡献较大、影响显著的结构参数，最终确定机舱结构的优化设计变量；采用遗传优化算法，以舱内最低声压级为设计目标进行多次迭代计算，优化舱室噪声环境。
Claims (3)
1.一种针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、以客机机舱为原型，基于HYPERMESH软件，采用自由网格划分方法，建立含座椅的机舱结构网格模型；
步骤2、将上述机舱结构网格模型以*.cdb格式导入到ANSYS中，使用分块兰索斯法进行振动模态分析并使用模态叠加法进行谐响应分析，得到机舱结构的振动频响特性；
步骤3、将上述振动频响特性结果文件以SYSNOISE可识别的*.fre格式作为边界激励条件导入SYSNOISE中，采用直接边界元法最终得出舱内声压频响特性；
步骤4、选取机舱结构参数作为设计变量，以舱内最低声压量级为设计目标，进行民机舱室的声场优化。
2.如权利要求1所述针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，其特征在于，在建立含座椅的机舱结构网格模型时，将座椅简化为集中质量单元。
3.如权利要求1所述针对客机舱室的声学仿真分析与优化方法，其特征在于，采用遗传优化算法进行民机舱室的声场优化。
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