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车辆阻尼铺设优化算法研究及案例分析

演讲人：白玉儒MSC高级工程师

背景

?阻尼材料被广泛应用于车身的金属薄板上，进行减振降噪

?阻尼片的设计：

优化问题?材料和厚度

?铺设的位置

?轻量化和成本的控制

?不同设计方法的区别

实验数值计算

什么？高中等

为什么？中等中等

怎么办？低高

?需要一种阻尼优化仿真方法，能够快速加入到工业设计的流程中

?基于现有的有限元模型

?消耗有限的资源（时间/内存）

防火墙上的阻尼优化流程

整车模型BIB

NastranSOL103

ActranEA

(能量分析)

ActranVA

(TL计算)

模态振型

KM矩阵

优化阻尼片的位置

仿真验证

声学传递损失(TL)计算

TL?10?log10(1)()/

?dB?

???

WW

transinc

实

验

ReverberantroomAnechoicroom

简化的数值模型

数

值

仿

真

DSF外层声学表面

?

????

?

??????

Distributed

Pressure

Meansquared

normalvelocity

p22

v

incn

基于有限元的振动噪声模拟

?物理坐标系下的动力学方程

??

K()C()MU()F()

?模态坐标系下的动力学方程

ZFS(?)?????TS?S(?)

S(?)?????TS?S(?)

Z()ΛI

S????2?

S

阻尼片贡献

?扩散声场载荷

f(d,k)

c

?

sin(kd)

kd

…

PSDvalue

Sample1SampleN

…

EA分析

?空间平均：划分单元片模型

?一个单元片是一系列相邻的有限单元

?假定在单元片内部能量大小相同

?Actran自动化分单元片

?对于每个单元片?:

??=

?2

4

?S(ω??????S(ω)

)

MaceandShorter,JSV,2000

2

??

?

?=

?2

2??

??(?)???????(?)

使用ActranEA进行优化

?先计算简化的DSF载荷和EA模型分布矩阵

?找到最优的阻尼片分布位置

?对单元片进行逐片的添加一个等效阻尼(从全局阻尼0.01改为0.3)

?从VN2的最小结果中选取8个单元片

?71个计算离散频率点：50Hz-400Hz，step为5Hz

?5个频率带:50Hz-100Hz,100Hz-200Hz,200Hz-300Hz,300Hz-400Hz

VN2–离散频率点

VN2–频率带

数值验证

?优化方案比无阻尼方案（全局阻尼0.01）TL提高10dB

?防火墙全部添加阻尼材料（全局阻尼0.3）相对优化方案并没有更好（2

倍重量）

?优化方案比铺设一半的阻尼材料（全局阻尼0.15）效果要好3-5dB(相同

重量)

数值验证

?与“逆最优配置”方案进行比较，即在8个法向均方速度最高的单元片上

放置阻尼片

?结果与没有加阻尼（全局阻尼0.01）的效果相近

计算效率

计算表现ActranEA直接频响法

时间39s*5（频率）=2.4min99s*351（频率）=9.6h

内存[MB]7024408

定制箱体模型上的验证

原阻尼位置?定制箱体五个内表面贴附20mm厚泡沫吸音棉，

另外一个自由面固定钢板

?钢板上由激振器施加载荷，在箱体中测量钢

板的振动辐射噪声

?钢板上的原阻尼方案由最大应变能法确定

实验箱体照片实验箱体示意图仿真模型

定制箱体模型上的验证

单元分片

?采用NASTRANSOL103提取模态和KM矩阵

?对钢板可以铺设阻尼的区域划分成64个单元片

?在与实验同样的位置施加单位力载荷

?通过脚本编程，遍历每个单元片并将其模态阻

尼值由0.01变为0.1，计算整个钢板的法向振动

速度平方值。选取使钢板整体法向振动速度最

小的前若干位单元片铺设阻尼材料。

ActranEA分析

每个单元片加阻尼整个板的法向速度平方值

定制箱体模型上的验证

?利用Actran内置优化工具Nlopt，对选取出的阻尼位置进行厚度优化

?约束条件：声腔平均A计权声压级最大值不超过原方案

?优化目标：阻尼重量最轻

?结果：

?仿真：优化方案总声压级117dB，原方案为118dB

?实验：优化方案总声压级119.3dB，原方案为119.5dB

某

橡

胶

阻

尼

优

化

方

案

仿真

实验

阻尼名称原重量（kg）优化后重量（kg）密度（kg/m3）优化后厚度/面积减重量

（mm/mm2