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西门子工程咨询服务团队解决方案之SEA窄带谱仿真

2022-11-18 15:46:49来源：Simcenter ECS 工程咨询服务

在汽车行业，对于中高频的

【资料图】

NVH

（振动噪声）问题，我们经常使用

SEA

（统计能量法）来进行仿真分析。

一般来说，当我们采用经典

SEA

的仿真方法时，最后给出的噪声曲线通常是

1/3

倍频程的形式。

但近年来随着行业对中频

NVH

问题的关注越来越多、越来越细，中频

NVH

问题窄带谱显示的需求也与日俱增。

为了解决这个问题，西门子工程咨询团队依托于

SEA+

软件不断探索，并与国外多个主机厂合作实践，最终成功实践出一条基于

VSEA

法的中频窄带谱仿真技术路线，详见下图。

目前，统计能量法

经过几十年的发展，从保守耦合、弱耦合逐渐向非保守耦合、强耦合突破拓展，采用的理论和方法工具也逐渐丰富，当前在工程实践中，主要有

ASEA

、

ESEA

和

VSEA

三种，这里重点介绍一下西门子采用的

VSEA

（虚拟

SEA

）方法。

在研发前期，由于没有物理样机，

ESEA

无法介入，这时为了提高

ASEA

的分析精度，我们一般会基于有限元模型来获取仿真模型中的各种参数。比如，我们可以基于有限元分析结果来进行子系统的划分、来获取系统传递能量矩阵，通过各子系统间的传递能量矩阵识别损耗矩阵，从而建立系统的SEA模型等等。

VSEA

方法作为特定求解器在SEA+软件中实施，可减少FE模型的动态信息内容。求解器的输入是有限元结构模型结果，依靠NX NASTRAN提取在映射结构的一组有限参考节点（通常为1000到2000个节点）处导出的模态振幅，还支持像ABAQUS这样的备用FE 求解器。

接着，我们便可以基于模态结果进行传函计算，同时进行子系统的自动划分，并可向高频解析统计能量法延拓，从而保证模型在不同分析频率段的适用性，也减少了对工程师经验的过分依赖。

目前，在我们实际做项目时，从FE到VSEA的转换已逐步自动化，最短可以在几个小时内交付VSEA模型。

与其他SEA软件采用经典AESA方法不同的是，我们可以在VSEA中设置并输出中频NVH问题的窄带谱噪声曲线，从而解决客户的中频噪声痛点。

其工作原理可简单描述为：当外力矢量包含大量尖峰谐波时，计算每个 x、y 和 z 全局方向的窄带注入功率，并在求解响应估计之前在SEA 频带上对其进行积分。

3.1

案例1：带安装设备的夹芯板

支撑板

(1x1 m²)

是一个典型的航天器夹层结构，由两层

毫米厚的铝皮制成，由蜂窝铝芯保持

毫米的距离。

盒式设备通过四个连接点安装在板上，设备底板为与实体元素啮合，所有其他系统部件网格化。为了从有限元中识别 VSEA 参数，提取了高达2500Hz的有限元模型的113个实模。模态振幅如下图（左）所示，在746个参考节点处导出。为了进一步比较，在将模型直观划分为子系统之后，从头开始构建ASEA 模型，如下图（右）所示。

在设备顶部面板上施加点力，如下图，计算出子系统的1/3倍频程平均加速度，并对经典ASEA和来自VSEA的响应进行了比较。正如预期的那样，两种模型在2500Hz以上给出了相同的结果。在500Hz以下，系统表现为双子系统模型（完整设备和支持面板作为两个弱耦合子系统）。另外，VSEA相关的 PSD 加速度低于ASEA模型提供的预测加速度。这是因为：在ASEA中组件在整个频带上总是弱耦合，而VSEA 模型总是遵循有限元行为，即当频率增加时，设备的各个部分逐渐解耦。

接下来，我们设置并输出20Hz窄带谱的响应，并和1/3倍频程的结果做比较，见下图。从图中可以看出，在窄带中使用VSEA比在1/3倍频程中能捕获更多的结构动态特征。

其中，窄带谱和1/3倍频程的injected power区别如下：

3.2

案例2：整车的中频结构声

在

Peugeot208

汽车项目中，我们使用了

SEA+

建模，从车身的

FEM

开始，通过子结构自动转换为

VSEA