【软件功能】Simcenter3D载荷识别之逆声学

hanfeng536

Simcenter3D载荷识别之逆声学
前文介绍的模态扩展法需要两个输入，一是通过试验测试的ODS，二是准确的结构模态结果。在测量ODS的时候需要一定数量的加速度传感器，如果工程师手中没有加速度传感器，就没办法测量ODS。另外，如果工程师手中没有准确的结构有限元模型，也没办法得到仿真的模态结果。这样就不能采用模态扩展法来获取结构整体的振动。在Simcenter3D里面还提供了另外一种载荷识别的方法-逆声学。这种方法只需要一定数量的麦克风和振动物体的几何表面就可以了。
逆声学的流程如下图所示。
1，        通过Test.Lab测量发动机表面麦克风阵列的声学响应。
2，        通过ATV计算振动物体到麦克风点的声学传递函数。
3，        通过逆声学得到整个模型的振动响应。
4，        将振动响应作为输入，计算辐射噪声并进行贡献度分析。

图1 逆声学流程
在Simcenter3D中的实际操作流程如下：
1 基于Simcenter Nastran的SOL108 Acoustic Transfer Vector求解器计算ATV声学传递向量。

图2 创建Solution

2 通过Model and Load Preprocessing导入外部测试的声学响应结果

图3 导入外部测试结果
通过MeshMapping功能将声学测试结果映射到麦克风网格上。

图4 网格映射
提交计算就可以得到ATV计算模型中麦克风网格上的声学响应

图5 求解计算

图6 映射结果
3 逆声学计算
在Simcenter3D中建立一个新的Solution工况，求解器为Simcenter3D Noise and Vibration，分析类型为Vibro-Acoustic，求解类型为Inverse Numerical Acoustics

图7 创建逆声学工况
最终通过逆声学计算得到的振动速度如下

图8 逆声学识别振动结果



附 ATV（Acoustic Transfer Vector）介绍

图9 ATV
Simcenter3D中的ATV（声学传递矢量，原LMS专利技术）是一种声学传递函数，该传递函数建立起辐射表面的结构振动与输出场点处声压级之间的联系。ATV 取决于几何形状、网格密度、声场内的介质特性、声学表面的特征（阻抗和导纳）、频率和场点位置。ATV 和载荷无关，这意味着ATV技术特别适合于旋转机械的多工况分析，如电机多转速工况和结构设计参数优化。

该技术在载荷和设计参数变化的仿真计算中显示出巨大的优越性，因为只要不改变有限元模型的拓扑结构就不需要重新运行声学求解器重算ATV。

另外一方面，从ATV曲线来看是一条平滑的曲线，这就意味着我们在计算ATV的时候用较大的频率步长如20Hz来进行计算，在结构振动计算的时候，为了捕捉到模态共振产生的峰值，我们需要用更小的频率步长如5Hz来进行计算。最终在将结构振动与ATV相乘的时候，可以将ATV进行自动插值来得到最终的声学响应。这进一步的减小了声学求解时间。