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1、Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 基于整车结构网格的轿车乘客舱声学腔六面体网格 生成方法研究 基于整车结构网格的轿车乘客舱声学腔六面体网格 生成方法研究 唐永伟唐永伟 张学江张学江 杨志刚杨志刚 陈卫国陈卫国 陈平陈平 长安福特马自达汽车有限公司 - 1 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 基于整车结构网格的轿车乘客舱声学腔六面体 网格生成方法研究 基于整车结构网格的轿车乘客舱声学腔六面体 网格生成方法研究 Study on the Generation of Passenger Compartment Cavity Hexahedra
2、l Mesh Based on Vehicle Structure Mesh 唐永伟 张学江 杨志刚 陈卫国 陈平 （长安福特马自达汽车有限公司） 摘摘 要要: 本文利用 Altair HyperMesh9.0 软件，基于整车结构网格 ，建立了以六面体网格 为主的轿车乘客舱声学腔三维有限元模型，并计算了乘客舱声学系统的声学模态。 关键词关键词: 声学腔，六面体，结构网格，HyperMesh Abstract The passenger compartment cavity FEA model which comprised mainly hexahedral mesh are generate
3、d based on vehicle structure mesh by using Altair Hypermesh9.0, then acoustic modal are calculated. Key words: cavity, hexahedral ,structure mesh, HyperMesh 1 前言前言 噪声与振动所受关注日益增加，顾客对汽车舒适性的要求越来越高，国家对噪声污染的 控制越来越严格， 噪声与振动的大小决定了一款汽车的市场前景， 汽车厂家最关注的指标之 一。 轿车乘客舱是典型的弹性薄壁腔体结构，其内部噪声除了由外部辐射噪声传入车内外， 主要由壁板结构振动与车内
4、空气产生强烈耦合作用引起的低频轰鸣噪声， 对车辆舒适性有很 大的影响。轿车车内空间是由车身壁板围成的一个封闭空腔，内部充满空气。同任何结构系 统一样，它也拥有模态频率和模态振型，即所谓的声学模态。结构系统的振动模态以位移分 布为特征，而声学模态以压力分布为特征。声学模态频率是声学共鸣频率，在该频率车内声 学腔会产生声学共鸣， 使得声压放大。 在某一声学模态频率下， 声波在轿车车内空腔传播时， 入射波与空腔边界面的反射波相互叠加或相互消减而在不同位置产生不同的声压分布， 称之 为声学模态振型。 轿车乘客舱声学腔有限元模型主要应用在轿车乘客舱声学系统模态分析、轿车乘客舱声 固耦合系统模态分析、轿车
5、乘客舱声固耦合系统的响应分析（乘客舱车内噪声预测）和 板件声学贡献分析。 - 2 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 2 轿车乘客舱声学腔有限元分析理论基础轿车乘客舱声学腔有限元分析理论基础 在分析轿车乘客舱内部的声场时，对空气作如下假设： 1) 流体是可压缩的，密度随压力变化而变化； 2) 流体是非黏性流体，没有黏性引起的能量损耗； 3) 流体中没有不规则流动； 4) 流体是均质的，各点平均密度和声压相同； 5) 空气中传播的是小振幅。 声波空间声场可以用声压、 媒体质点振动速度和媒体密度变化量三者完全描述。 它们都 是时间和空间位置坐标的函数， 三者之间的关系
6、可以运用运动方程、 连续方程和物态方程描 述。 以声压为变量的声波方程为 2 2 2 0 2 t p c 1 p = (1) 式中，为声波在媒质中传播的速度，为声压，为拉普拉斯算子。 0 cp 2 将轿车乘客舱声学腔离散为有限单元，声波方程可以写成矩阵的形式 0pKpM aa =+& & (2) 式中，、分别为声学质量矩阵和声学刚度矩阵， a M a K ji 2 ija pp T M & & = 、 ji 2 ija pp U K = ， dV c p 2 1 T 2 0 V = & ，pdVp 2 1 U V =，为乘客舱体积 V . 3 轿车乘客舱声学腔六面体网格生成方法轿车乘客舱声学腔
7、六面体网格生成方法 基于轿车乘客舱声学腔有限元分析的重要性，本文以某轿车整车结构网格为基础，利用 HyperMesh 9.0 建立了其乘客舱声学腔的三维有限元模型，为车内声学改进提供参考依据。 在 HyperMesh 9.0 中利用整车结构网格做出乘客舱声学腔 y 方向中心面轮廓并划分二维网 格，根据生成的二维网格沿 Y 轴方向拉伸出三维声学腔网格，将前排座椅从生成的三维声 学腔网格中除去，建立了乘客舱的三维声学腔模型，具体方法如下： (1) 在整车结构网格的中心面(y=0)上每间隔大约 100mm 选取临时节点，由临时节点生成 中心轮廓线，并预先做出后排座椅前轮廓，生成中心一维轮廓线（见图
8、1）。 - 3 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 图 1 中心一维轮廓线 (2) 由中心一维轮廓线生成几何面， 对此几何面进行二维网格单元划分， 生成中间二维网格 截面（见图 2），二维单元使用四边形为主的四边形/三角形混合网格，外围节点需与所选 取的临时节点位置重合。 在前排座椅、 防火墙、 地板等部位选择节点， 生成它们的外轮廓线， 将所选节点投射到中间对称面上，绘制各个部分的网格，实现各部分网格节点的协调。 （见 图 3） 图 2 中间二维网格截面 图 3 声学腔二维网格截面 (3) 设定二维网格质量标准（见图 4），优化网格质量，优化网格质量时应保证外围
9、节点及 前后排座椅节点的位置不变。 - 4 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 图 4 二维网格质量优化 (4) 由声学腔二维网格截面，利用 HyperMesh 的 3D 模块 drag 和 elem offset 等面板沿 Y 轴方向生成声学腔单侧拉伸网格（见图 5），调节外层 3D 单元的节点位置，使其与包络乘 客舱的整车结构网格上节点位置重合；在 Toolscheck elems 面板下检查网格质量并调整拉 伸网格质量，控制网格的 warpage、skew、jacobian、volume AR 及网格尺寸、连续性、 重复性等参数，生成声学腔单侧网格（见图 6
10、）。 图 5 声学腔单侧拉伸网格 图 6 声学腔单侧三维网格（调整后） (5) 沿中间截面对称，形成完整的声学腔模型。由于整车结构网格中有局部不对称的地方， 调整对称过来的网格边界上节点， 使其与整车结构网格的节点位置重合。 建立单独的前排座 椅模型（见图 7），将其从声学腔中移除。最终形成完整的声学腔模型（见图 8），本声学 腔网格模型共生成节点 4280 个，六面体单元 3102，楔形体单元 504 个，四面体单元 14 个。 - 5 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 图 7 前排座椅模型 图 8 完整的声学腔模型 (6) 对已建立的声学腔进行模态计算，得出声学腔一阶纵向模态如图（见图 9）。 图 9 轿车乘客舱声学腔一阶纵向模态 4 结论结论 利用 Altair HyperMesh9.0 软件，基于整车结构网格建立了以六面体网格为主的轿车乘 客舱声学腔三维有限元模型，在汽车 NVH 性能改进阶段，为避免车内壁板与车内声学共振 提供了有价值的分析计算。 5 参考文献参考文献 1 Altair Hyperworks9.0 技术手册 2 汽车噪声与振动：理论与应用 庞剑，谌刚，何华编著，北京理工大学出版社，2006.6 - 6 -
