全频段振动噪声模拟软件VA One

V A One

振动声学解决方案

1．概述

ESI集团旗下的振动噪声系列解决方案是全球技术最领先、最完善的解决方案，包括全频段振动噪声模拟软件V A One，高频冲击响应分析软件SEA Shock，声学材料解决方案Foam-X/Nova。

2．全频段振动噪声模拟软件V A One VA One是法国ESI集团于2005年推出的全频段振动噪声分析的模拟环境，代表着ESI 集团在振动噪声模拟、分析和设计方面的最新技术，被业界专家评为振动噪声工程近二十年来最重大的突破。

VA One把有限元分析（FEA），边界元分析（BEM），统计能量分析（SEA）及其混合分析集中于一个易于进行模拟的环境。同时，VA One提供有限元、边界元和统计能量分析一种严格的耦合形式，能够统一而可靠地进行全频谱范围的求解。

从2004年以来，汽车，航空和铁路领域的一些世界性企业参与了ESI集团的结构噪声共同体（SBNC- Structure-borne Noise Consortium）项目，对发展和验证VA One方案做出了重要的贡献。联盟成员包括：空中客车德国部（Airbus Deutschland GmbH），波音商业飞机（Boeing Commercial Airplanes），庞巴迪运输（Bombardier Transportation），欧洲航空防务及航天公司研发中心（EADS CRC Research Centre GmbH），本田汽车（Honda Motor Co），三菱电机（Mitsubishi Motor Co），英国QinetiQ Ltd，立达汽车系统（Rieter Automotive Systems），大众汽车（Volkswagen AG）等。

VA One包含有一系列的内部求解器，从而可以满足对振动噪声分析的需要。另外，这一工具软件还包括有与外部求解器的接口，以确保与目前振动噪声分析和设计过程的兼容性。VA One具有很大的灵活性，可以让用户选择基于成本、时间和计算资源的最佳模拟方案。这一软件还包含有强有力的管理工具，以快捷地根据CAD和FEA的数据建立模拟模型。VA One方案还提供了一个广泛的附加模块库，以确保软件可以集成于现有的CAE和设计过程中。例如，SYSWELD用于获得不同焊接连接具体的材料和几何属性。这个结果输入给VA One ，用于在一个耦合的有限元/SEA分析中定义局部连接细节。这种方法提供了一个评估复杂系统振动－声学响应考虑不同焊接和热处理过程影响的高效途径。

经庞巴迪运输集团授权

2.1软件功能及模块

VA One是您振动-声学仿真和设计所需的唯一环境。无论您仿真的是汽车firewall的声学传输损失或创建整架飞机的振动声学响应系统级模型，VA One有你全频段振动声学仿真所需的全部方法。基于工业标准软件对中频和高频噪声和振动设计AutoSEA2，并外延到包容中频和低频方法（利用RAYON求解器），VA One是市场上唯一的在一个公共环境包括完整频谱振动噪声分析方法的仿真软件。VA One还设定了易于使用的新标准；VA One是有现代用户界面的标准Windows桌面应用，快速，直观并易于使用。利用VA One你能够更快获得结果。花费时间求解噪声和振动问题远胜过学习复杂CAD/CAE系统或再学习大量不同分析软件的用户界面。利用VA One你能够在一个统一的环境下噪声－声学问题所需的全部功能。

VA One的核心功能分为五个模块：SEA模块, Structural FE模块, Acoustic FE模块, Acoustic BEM 模块和Hybrid模块。增加一个新的模块是非常简单而直观的，就能够使该方法模拟给定频率范围振动－声学系统的响应。而且，大量的扩展模块和脚本有助于客户化VA One满足特殊的需要。这些扩展的模块提供了几乎所有想要的，在VA One一个环境中从为特殊应用客户化模型模板到写客户脚本和界面的完善开发工具。VA One具有非常高的灵活性满足分析需求。可以看到为什么越来越多的公司选择ESI的软件来解决他们的振动－声学仿真需求，VA One是如何帮助你改善产品的噪声和振动性能。

2.1.1低频结构振动及噪声分析功能

VA One具有低频结构振动和噪声分析的综合性功能，专门用来分析三维复杂结构在机械和声学载荷下的振动噪声特性，能够解决耦合和非耦合的问题。它包含了一整套集成的强大的计算结构声学技术，包括：间接边界元法（Indirected BEM）和有限元法（FEM）。其中，边界元法可以解决外声场辐射的问题；有限元法可以解决内声场的问题。此外，VA One 还提供了BEM-FEM混合方法作为补充，将上述两种技术相结合，来找到针对工程实际问题的最合适的方法。这样将各种技术结合的方法也同时让用户获得最多的关于结构振动和噪声方面的信息：空腔模态参数、流固耦合响应、向外部流体的声波辐射等物理量。

V A One的低频结构振动和噪声分析包含以下几个模块：

l Structural FE

结构有限元环境模块，提供了基于外部有限元求解器进行结构随机振动分析的功能，用户可以选择MSC.NASTRAN的求解器进行结构随机振动的分析以及前后处理器。此模块提供了内置的非结构网格的划分功能以及模态动画显示的功能。

l Cosmic Nastran Solver

VA One提供的内置Cosmic Nastran有限元求解器是一款通用的有限元求解器，可以进行结构的随机振动分析和声辐射分析。完全内置的有限元求解器，利用VA One软件可以直接求出有限元模型的整体模态，局部质量特性和局部频带内模态数量。

l Acoustic FE

VA One软件提供了声腔的有限元分析功能，包括内置的非结构网格划分功能以及声学有限元求解器。用户可以对空腔进行网格划分，并进行模态分析得到空腔模态参数。

l Acoustic BEM

VA One软件提供了外声场的确定性分析功能，利用间接边界单元方法，对外声场和结构的声辐射进行确定性的分析。可以很方便的进行边界单元划分，可以得到外声场的声压级分布以及压力波传播方向。

2.1.2 高频结构振动及噪声分析功能

VA One软件的高频分析功能的完全集成了振动噪声领域著名软件AutoSEA2，利用该软件的统计能量分析（SEA）的分析方法来降低设计噪声和振动。

高频SEA分析方法从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应。它从某种程度上忽略了结构的具体细节, 同时也很好地解决了声场与结构间的耦合问题。对于受高频、宽频带随机激励的复杂结构动力响应问题, 用VA One SEA可以有效的加以解决，并且可以在产品的早期研发阶段发现设计中潜在的噪声和振动问题，避免重复设计，有效降低成本。

经过三十多年的不断发展，很多公司已经发现SEA是解决噪声和振动问题的有效方法，特别是AutoSEA2推向市场以后，带给用户第一个易于使用的SEA工具，具有简单的图形界面。VA One高频分析功能，继承了AutoSEA2的优势，以前要经过数天才能建立的复杂模型，利用VA One SEA可以在几分钟内建立起来。

VA One的高频分析功能包含以下几个模块：

l AutoSEA (VA SEA Module)

VA SEA分析方法从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应，它从某种程度上忽略了结构的具体细节，同时也很好地解决了声场与结构间的耦合问题。对于受高频、宽频带随机激励的复杂结构动力响应问题, 用VA SEA可以有效的加以解决。

l SEA Variance

VA One Variance模块采用非常成熟的算法，可预测大量名义相同的振动声学系统的平均响应。Variance模块还将此功能进行扩充，用户可以得到这些振动声学系统平均响应的置信区间，进而可以完成以下工作：

1、对指定产品，VA One可以预测其到达性能保证标准的概率；

2、通过对名义上相同的振动声学系统的平均响应和置信区间的分析，指导进行设计修改以降低其响应；

3、预测敏感部件振动响应幅值；

4、对于指定的振动声学环境，预测响应的上限

l Sound Package module

简化在SEA子系统上增加和删除噪声处理材料的方法。

l Path 49 module

采用NASA格林研究中心的声辐射公式对SEA子系统上的集中质量进行简化处理，得出合理的声辐射效率。