【软件功能】Simcenter3D载荷识别之模态扩展

hanfeng536

Simcenter3D载荷识别之模态扩展
前文我们介绍了Simcenter3D载荷识别中的动刚度法和逆矩阵法。本文介绍的模态扩展也算是载荷识别的一种，只不过识别出来的载荷是结构的振动。
一般在做仿真分析的时候，通常是先建立一个有限元模型，然后要计算真实载荷下的辐射噪声，在传统的仿真计算中通常需要对振动的激励、边界条件等进行一定的假设，包括结构的真实材料属性、阻尼特性等，因此计算的噪声会有一定的误差。目前在Simcenter3D中可以利用仿真与试验相结合的方法——模态扩展，将部分试验数据引入仿真过程中，从而可以提高整个仿真的精度。
模态扩展是基于模态理论发展的一种方法，在模型比较大的情况下，都是基于模态法来计算结构的振动。首先是计算结构在特定工况（通常是实际工作约束）下的振动，然后再把载荷加载到模态上，基于模态叠加法计算结构的振动。模态叠加法又称振型叠加法，是以系统无阻尼的振型（模态振型）为基底，通过坐标变换，将原来的动力学方程解耦，求解得到n个相互独立的方程获得模态位移，进而通过叠加各阶模态的贡献得到系统的响应。在这个过程中，每阶模态的贡献用一个参数来表示，就是模态参与因子。同样如果知道系统的模态和系统的响应，那么我们就可以拟合出这个模态参与因子。有了这个模态参与因子再和模态相结合，就可以得到整个系统的振动响应。这样，我们就可以把这个响应作为输入，来计算外场辐射噪声，并进行贡献度分析来确定噪声的根源。
模态扩展的流程如下图所示。
1，        通过Test.Lab获取模型的ODS。
2，        通过Simcenter3D仿真计算得到模型的模态结果。
3，        通过模态扩展得到整个模型的振动响应。
4，        将振动相应作为输入，计算辐射噪声并进行贡献度分析。

图1
在Simcenter3D中的实际操作流程如下：
1 在Simcenter3D中通过Model an Load Preprocessing导入ODS振动结果。

图2
2 获取试验模型和仿真模型之间的映射关系
通过Mesh Mapping定义ODS模型和模态模型之间的映射关系

图3
提交计算得到两个模型之间的映射关系

图4
3 模态扩展计算
在Simcenter3D中建立Solution工况，求解器为Simcenter3D Noise and Vibration，分析类型为Structural，求解类型为Modal Expansion

图5
最终得到模态扩展后的结果。

图6
后续可以基于该振动结果计算ERP（等效辐射声功率）或者外场辐射噪声计算的。

图7

图8

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