CN114756971A - 一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，包括通过搭建进气系统流场模型、有限元模型以及声学包络及声学传播模型，根据进气系统流场的仿真分析和结构模态分析结果，进行进气系统基于模态的振动响应分析，得到进气系统振动响应分析结果；并对建立的声学包络及声学传播模型进行声学响应分析；得到进气系统管口处的流体噪声分析结果，据此判断进气系统管口是否满足设计要求。本发明方法在新产品设计阶段即可发现问题，从而及时对进气系统结构何安装方式进行优化，以缩短产品开发周期和研发成本。

Description

一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法
技术领域
本发明涉及汽车进气系统管口设计技术领域，具体的说，是一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法。
背景技术
随着汽车技术不断的发展和生活水平的日益提高，人们越来越关注汽车的驾乘舒适性，乘车品质已成为汽车行业竞争的重点，车内噪声是影响驾乘舒适性最直接的因素，而进气噪声是最主要的车内噪声之一。因此，控制汽车进气系统的噪声，对提高车辆驾乘舒适性，提升汽车品质有重要的意义。
然而目前进气系统中管口处的气动噪声，很难通过仿真模拟测试其气动噪声，只能通过后期实车装配后再行验证，进气系统管型测试周期长、研发成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，结合CFD软件与声学软件Virtual. Lab对进气系统管口流体噪声进行仿真，率先突破了仿真技术上的问题。全面解释了如何在设计阶段控制管口流体噪声。通过建立进气系统有限元仿真模型，计算得到进气系统的模态，再提取进气系统内部的流体压力脉动，研究基于模态的振动响应分析，进而在新产品设计阶段即可发现问题，及时对进气系统结构及安装方式进行优化，以缩短产品开发周期和研发成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，包括以下步骤：
步骤S1.自数据库或工程师处获取汽车进气系统的CAD几何数据，导入CFD软件中搭建进气系统流场模型，并进行进气系统流场仿真分析；
步骤S2.基于步骤S1中的进气系统流场仿真分析结果，提取流体与壁面的压力脉动作为激励，建立进气系统的声源激励模型；
步骤S3.基于步骤S1获取的进气系统几何数据，确定进气系统的安装方式，搭建进气系统结构有限元模型，并进行结构模态分析；
步骤S4.基于步骤S2中建立的进气系统声源激励模型及步骤S3中对进气系统结构模态分析结果，进行进气系统基于模态的振动响应分析，得到进气系统振动响应分析结果；
步骤S5.基于步骤S3中搭建的进气系统有限元模型，建立声学包络及声学传播模型；
步骤S6.基于步骤S4的进气系统振动响应分析结果，对步骤S5中建立的声学包络及声学传播模型进行声学响应分析；
步骤S7.根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，如果是，则执行步骤S8，否则优化进气系统管口的设计数据和安装方式，返回步骤S1重新进行验证；
步骤S8.合格。
具体的，步骤S2中所述提取流体与壁面的压力脉动作为激励，包括：
S21.对搭建的进气系统流场模型进行几何清理与初始面网格划分；
S22.在划分的面网格基础上进一步生成体网格；
S23.对生成体网格后的进气系统流场模型进行仿真设置；
S24.设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，计算并提取模型流体与壁面的压力脉动。
上述步骤S24中所述设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，所述入口边界的空气质量流量设定为600kg/h；所述出口边界的压力设定为1个大气压，相对压力为0Pa。
具体的，步骤S7中所述根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，判断依据为：通过判断进气系统管口流体噪声分析所得的响应结果曲线及声压云图，当声压峰值大于100dB表明进气系统存在因系统内流体引起的流体噪声。
具体的，步骤S7中所述优化进气系统管口的设计数据和安装方式，当进气系统管口不满足设计要求，即存在流体噪声时，可从以下几个方面对进气系统管口设计进行优化：
a. 扩大进气系统的管径；
b. 将进气系统内拐弯处存在的直角或锐角管路布置改为钝角管路布置；
c. 选用流阻系数更小的空滤滤芯；
d. 增大进气系统的管口造型；
e. 增加进气系统的安装点；
f. 进气系统选用弹性模量更大的材料进行制作。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明方法结合CFD软件与声学软件Virtual. Lab对进气系统管口流体噪声进行仿真，率先突破了仿真技术上的问题；全面解释了如何在设计阶段控制管口流体噪声；通过建立进气系统有限元仿真模型，计算得到进气系统的模态，再提取进气系统内部的流体压力脉动，研究基于模态的振动响应分析，进而在新产品设计阶段即可发现问题，从而及时对进气系统结构何安装方式进行优化，以缩短产品开发周期和研发成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法流程图；
图2是本发明实施例中搭建的进气系统结构有限元模型的结构模态分析结果示意图；
图3是本发明实施例中在划分的面网格基础上进一步生成体网格的示意图；
图4是本发明实施例中进气系统流场模型壁面的表面压力脉动示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：参见图1-4。
本发明提供了一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1.自数据库或工程师处获取汽车进气系统的CAD几何数据，导入CFD软件中搭建进气系统流场模型，并进行进气系统流场仿真分析；
步骤S2.基于步骤S1中的进气系统流场仿真分析结果，提取流体与壁面的压力脉动作为激励，建立进气系统的声源激励模型；
步骤S3.基于步骤S1获取的进气系统几何数据，确定进气系统的安装方式，如图2所示，搭建进气系统结构有限元模型，并进行结构模态分析；
步骤S4.基于步骤S2中建立的进气系统声源激励模型及步骤S3中对进气系统结构模态分析结果，进行进气系统基于模态的振动响应分析，得到进气系统振动响应分析结果；
步骤S5.基于步骤S3中搭建的进气系统有限元模型，建立声学包络及声学传播模型；
步骤S6.基于步骤S4的进气系统振动响应分析结果，对步骤S5中建立的声学包络及声学传播模型进行声学响应分析；
步骤S7.根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，如果是，则执行步骤S8，否则优化进气系统管口的设计数据和安装方式，返回步骤S1重新进行验证；
步骤S8.合格。
具体的，如图2、图3所示，所述提取流体与壁面的压力脉动作为激励，包括：
S21.对搭建的进气系统流场模型进行几何清理与初始面网格划分；
S22.在划分的面网格基础上进一步生成体网格；
S23.对生成体网格后的进气系统流场模型进行仿真设置；
S24.设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，计算并提取模型流体与壁面的压力脉动。
本实施例中，步骤S24中所述设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，所述入口边界的空气质量流量设定为600kg/h；所述出口边界的压力设定为1个大气压，相对压力为0 Pa。
具体的，步骤S7中所述根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，判断依据为：通过判断进气系统管口流体噪声分析所得的响应结果曲线及声压云图，当声压峰值大于100dB表明进气系统存在因系统内流体引起的流体噪声。
具体的，步骤S7中所述优化进气系统管口的设计数据和安装方式，当进气系统管口不满足设计要求，即存在流体噪声时，可从以下几个方面对进气系统管口设计进行优化：
a. 扩大进气系统的管径；
b. 将进气系统内拐弯处存在的直角或锐角管路布置改为钝角管路布置；
c. 选用流阻系数更小的空滤滤芯；
d. 增大进气系统的管口造型；
e. 增加进气系统的安装点；
f. 进气系统选用弹性模量更大的材料进行制作。
综上所述，本发明方法结合CFD软件与声学软件Virtual. Lab对进气系统管口流体噪声进行仿真，率先突破了仿真技术上的问题；全面解释了如何在设计阶段控制管口流体噪声；通过建立进气系统有限元仿真模型，计算得到进气系统的模态，再提取进气系统内部的流体压力脉动，研究基于模态的振动响应分析，进而在新产品设计阶段即可发现问题，从而及时对进气系统结构何安装方式进行优化，以缩短产品开发周期和研发成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (5)

1.一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.自数据库或工程师处获取汽车进气系统的CAD几何数据，导入CFD软件中搭建进气系统流场模型，并进行进气系统流场仿真分析；
步骤S2.基于步骤S1中的进气系统流场仿真分析结果，提取流体与壁面的压力脉动作为激励，建立进气系统的声源激励模型；
步骤S3.基于步骤S1获取的进气系统几何数据，确定进气系统的安装方式，搭建进气系统结构有限元模型，并进行结构模态分析；
步骤S4.基于步骤S2中建立的进气系统声源激励模型及步骤S3中对进气系统结构模态分析结果，进行进气系统基于模态的振动响应分析，得到进气系统振动响应分析结果；
步骤S5.基于步骤S3中搭建的进气系统有限元模型，建立声学包络及声学传播模型；
步骤S6.基于步骤S4的进气系统振动响应分析结果，对步骤S5中建立的声学包络及声学传播模型进行声学响应分析；
步骤S7.根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，如果是，则执行步骤S8，否则优化进气系统管口的设计数据和安装方式，返回步骤S1重新进行验证；
步骤S8.合格。
2.根据权利要求1所述的一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，其特征在于，步骤S2中所述提取流体与壁面的压力脉动作为激励，具体过程如下：
S21.对搭建的进气系统流场模型进行几何清理与初始面网格划分；
S22.在划分的面网格基础上进一步生成体网格；
S23.对生成体网格后的进气系统流场模型进行仿真设置；
S24.设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，计算并提取模型流体与壁面的压力脉动。
3.根据权利要求2所述的一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，其特征在于，步骤S24中所述设定进气系统流场模型的入口边界和出口边界，所述入口边界的空气质量流量设定为600kg/h；所述出口边界的压力设定为1个大气压，相对压力为0 Pa。
4.根据权利要求1所述的一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，其特征在于，步骤S7中所述根据步骤S6所得进气系统管口处的流体噪声分析结果，判断进气系统管口是否满足设计要求，判断依据为：通过判断进气系统管口流体噪声分析所得的响应结果曲线及声压云图，当声压峰值大于100dB表明进气系统存在因系统内流体引起的流体噪声。
5.根据权利要求1所述的一种预测汽车进气系统管口流体噪声的方法，其特征在于，步骤S7中所述优化进气系统管口的设计数据和安装方式，当进气系统管口不满足设计要求，即存在流体噪声时，可从以下几个方面对进气系统管口设计进行优化：
a.扩大进气系统的管径；
b.将进气系统内拐弯处存在的直角或锐角管路布置改为钝角管路布置；
c.选用流阻系数更小的空滤滤芯；
d.增大进气系统的管口造型；
e.增加进气系统的安装点；
f.进气系统选用弹性模量更大的材料进行制作。
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