11-ACTRAN汽车侧窗风噪声分析
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PSA用以下参数处理的CFD 计算：
▪ CFD 持续时间 = 0.5s ▪ CFD 时间步长 = 4*10-5 s
通过以下公式，时间域参数与频域参数相联系：
1 fmax 2t f 1
Nt
结果，从2Hz 到12500Hz，每隔2Hz获得一个TWPF。
CFD TWPF
插值的TWPF
18
Copyright Free Field Technologies
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内容——目标
我们已知通过侧窗传递的噪声来自侧窗上的压力场。这个压力差有两个部件：
▪ 声学部件 (或AWPF) ▪ 空气动力 (或湍流) 部件
目的是使用ACTRAN比较两种部件的传递效率。 测试案例 = 玻璃做的简单平板
22
Copyright Free Field Technologies
传递效率
TBL的非均质性效应 2
29
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN对汽车侧窗噪声分析
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN模块
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN VibroAcoustics ACTRAN AeroAcoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics
23
Copyright Free Field Technologies
激励和输出
使用三种激励并对比
1. 声学激励 = 扩散场(在已建的ACTRAN模型中)
2. 湍流激励 = 基于Corcos模型的TBL(在已建的ACTRAN模型中) - UC = 36m/s
3. 气动声学（总）激励 = 标准化 TBL +0.1* 标准化 DSF
3
Copyright Free Field Technologies
侧视镜产生的噪声(1/2)
湍流引起了两个现象，真实的噪声是两者之和： 1. 湍流本身是声源
▪ 侧视镜下游的涡结构是声源； ▪ 噪声受侧窗的影响 (AWPF) 1a ▪ 部分噪声通过侧窗传递1b
1a
1b
Turbulences into Open FOAM
Copyright Free Field Technologies
侧窗噪声：例1(2005)
简化设置，但依然符合实际
▪ 将真实车窗建模为平板 ▪ 腔和平板尺寸符合现实 ▪ 用泡沫建模车座
CFD计算的激励(Fluent LES)
VA model
Steel Plate
Fluid cavity
Fibrous foam
▪ TWPF 引起侧窗的粘弹性结构振动。
ACTRAN可以研究这两个现象，这里涉及两个不同的建模策略。
Incompressible CFD Solver
Strategy 1
Strategy 2 5
Pressure fluctuations are stored on this surface
volume source
窗户在半自由场内辐射。 使用空气的标准属性。 在半自由场，对模型采用有限元和无限元。 流体网格和结构网格不兼容。
无限元
16
Copyright Free Field Technologies
振动声学网格
振动声学研究的范围直至2000Hz。 建立两个振动声学网格为了显示新的映射处理特性：
▪ 第一个结构网格的单元大小是按照纯结构准则 (每弯曲波长4个四边形单元） 。在2000Hz，弯曲波 长等于0.114m ，所以单元大小是0.0285m.
ACTRAN acoustic radiation
Turbulent WPF
Acoustic WPF
1
Noise due to the AWPF
created by the vortex
structures
ACTRAN Vibro-acoustic model
2 Noise due to the
TWPF created by the turbulence
关于激励的网格分辨率和量化噪声
▪ DSF 激励 = 需要捕捉声波长c/f = 340/f ▪ 湍流(Corcos) 激励 = 需要捕捉湍流波长Uc/f = 36/f 严格地讲，对于TBL，给定网格的有效性较低。这里，f_max_TBL ~1000Hz
我们关心的传递效率 =
24
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ACTRAN模型
平板尺寸：Lx = 0.6 m, Ly = 0.4 m and Lz = 0.0035 m 玻璃： E = 4.85E10 + i2.425E9 Pa, nu = 0.2398, ρ = 2500 kg/m3 对流体使用声学有限元/无限元 平板的结构化有限壳单元尺寸： Δx = Δy = 0.02 m
ACTRAN Aero-Acoustics
侧视镜子下游的涡结构产生湍流 湍流噪声（从涡结构引起的） 只在车外
4
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN VibroAcoustics 噪声通过车窗传递
侧视镜产生的噪声(2/2)
2. 湍流同时引起壁面上的湍流压力波动 (TWPF)
激励水平
由于选择，S_acou = 0.1 S_TBL
25
Copyright Free Field Technologies
辐射声压
观察：即使声学激励水平比TBL的低，但是声学激励的辐射声较高。
26
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传递效率
观察到：
▪ 声学激励的传递效率比TBL高很多。 ▪ 这是因为声波波长和弯曲波长的量级是相同的。
将TWPF激励导入ACTRAN
振动声学模型
选择一辆大众帕萨特作为研究对象 结构、腔和车饰部件的CAD模型在之前的研究中已经提供了。 Actran模型是振动声学的：
▪ 车窗、座椅、内部腔 ▪ 腔内的内饰零部件(通过导纳边界条件)
Model of Window / Seals
glass top seal
ACTRAN计算得到的位移
519 Hz
1300Hz
Coarse Mesh
Fine Mesh
19
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与实验对比
实验在风洞中执行。 这是首次比较, PSA 对结果很满意。
20
Copyright Free Field Technologies
0.7m
大窗只有在两个安装点加紧
14
Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——密封
考虑简化的密封
▪ 一个在大窗附近 ▪ 两个在大窗外边，两个在里边
假设密封是加紧的
15
Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——空气
12
Copyright Free Field Technologies
PSA案例
FFT’ Users Meeting 2010
Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——窗
窗由玻璃制成。蓝色和粉色面代表加载TWPF的外部表面。 假设小窗为完全加紧。 大窗只有在两个安装点加紧（如图所示）。
AIAA06-2490: TBL Noise generated by a simplified side mirror configuration and acoustic transfer through the window: modelling using Actran and Fluent - S.Caro, A.Ramonda, FFT; 6 F.Perot, S.Vergne, M.Pachebat, MPSA Copyright Free Field Technologies
设置ACTRAN文件
ACTRAN/ICFD – 在声学网格上对 湍流压力波动插值
ACTRAN/ICFD – 将TWPF傅里叶 变换到频域
ACTRAN/VI – 后处理 云图，压力绘图
8
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN Vibro – Acoustics 声学计算
▪ 第二个网格是改善后的。(单元大小= 7.10-3m). ▪ 流体网格相似，基于标准声学准则(每弯曲波长4个四边形单元) 单元大小= 4 cm
基于标准准则的结构（在这个研究中为 改善结构(在这个研究中为细化网格) 粗糙网格）
17
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CFD计算
案例分析 平板受综合气动声压场激励的振动声学特性
Abbas Hekmati and Denis Ricot, RENAULT Philippe Druault, Université Pierre et Marie Curie 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 2010 -3950
侧视镜噪声
VW Passat NAG/DAGA Conference 2009, Rotterdam, NL
Copyright Free Field Technologies
开源CFD计算 非定常不可压缩
(压力，速度)
ACTRAN 计算流程 湍流壁面压力波动 (TWPF)
ACTRAN/VI – 前处理 网格生成
ACTRAN VI
2
Copyright Free Field Technologies视镜诱导的汽车噪声物理分析
▪ 侧视镜在它的尾迹脱落涡； ▪ 湍流在窗上产生壁面压力波动； ▪ 壁面压力波动导致车窗的粘弹性结构振动； ▪ 振动诱导噪声。
Actran建模
▪ 侧窗可以用一块粘弹性壳建模； ▪ 密封面用粘弹性材料建模； ▪ 座椅、地毯和仪表板等可以通过Biot模型和/或导纳建模； ▪ 壁面压力波动从CFD软件（LES）导入。
27
Copyright Free Field Technologies
TBL的非均质性效应 1
研究TBL模型的均质性影响。考虑两个区域 (Ω1 and Ω2) 伴随不同流体方 向 (Θ1 and Θ2) 并同一个均匀信号对比。
28
Copyright Free Field Technologies
Cavity with trim components
Passat Geometry
interior seal exterior seal
9
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WPF激励的生成
湍流只对窗的子部件起作用 (外部可见的部分)
▪ 步骤1: 执行非定常、不可压缩CFD计算 ▪ 步骤2: 将压力波动插值到侧窗上 ▪ 步骤3: 执行傅里叶变化，在频域内生成TWPF激励
CFD pressure fluctuations
TWPF excitation
10
Copyright Free Field Technologies
振动声学计算——结果
变形侧窗的压力云图 – 750Hz
11
Copyright Free Field Technologies
振动声学计算——结果
湍流壁面压力波动(TWPF)对应于用不可压缩CFD结果直接作为噪声源得到的结果。 Actran可以计算声学壁面波动压力，即使是不可压缩CFD输入。这是关键特性！
▪ CFD 持续时间 = 0.5s ▪ CFD 时间步长 = 4*10-5 s
通过以下公式，时间域参数与频域参数相联系：
1 fmax 2t f 1
Nt
结果，从2Hz 到12500Hz，每隔2Hz获得一个TWPF。
CFD TWPF
插值的TWPF
18
Copyright Free Field Technologies
Copyright Free Field Technologies
内容——目标
我们已知通过侧窗传递的噪声来自侧窗上的压力场。这个压力差有两个部件：
▪ 声学部件 (或AWPF) ▪ 空气动力 (或湍流) 部件
目的是使用ACTRAN比较两种部件的传递效率。 测试案例 = 玻璃做的简单平板
22
Copyright Free Field Technologies
传递效率
TBL的非均质性效应 2
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Copyright Free Field Technologies
ACTRAN对汽车侧窗噪声分析
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN模块
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN VibroAcoustics ACTRAN AeroAcoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics
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Copyright Free Field Technologies
激励和输出
使用三种激励并对比
1. 声学激励 = 扩散场(在已建的ACTRAN模型中)
2. 湍流激励 = 基于Corcos模型的TBL(在已建的ACTRAN模型中) - UC = 36m/s
3. 气动声学（总）激励 = 标准化 TBL +0.1* 标准化 DSF
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Copyright Free Field Technologies
侧视镜产生的噪声(1/2)
湍流引起了两个现象，真实的噪声是两者之和： 1. 湍流本身是声源
▪ 侧视镜下游的涡结构是声源； ▪ 噪声受侧窗的影响 (AWPF) 1a ▪ 部分噪声通过侧窗传递1b
1a
1b
Turbulences into Open FOAM
Copyright Free Field Technologies
侧窗噪声：例1(2005)
简化设置，但依然符合实际
▪ 将真实车窗建模为平板 ▪ 腔和平板尺寸符合现实 ▪ 用泡沫建模车座
CFD计算的激励(Fluent LES)
VA model
Steel Plate
Fluid cavity
Fibrous foam
▪ TWPF 引起侧窗的粘弹性结构振动。
ACTRAN可以研究这两个现象，这里涉及两个不同的建模策略。
Incompressible CFD Solver
Strategy 1
Strategy 2 5
Pressure fluctuations are stored on this surface
volume source
窗户在半自由场内辐射。 使用空气的标准属性。 在半自由场，对模型采用有限元和无限元。 流体网格和结构网格不兼容。
无限元
16
Copyright Free Field Technologies
振动声学网格
振动声学研究的范围直至2000Hz。 建立两个振动声学网格为了显示新的映射处理特性：
▪ 第一个结构网格的单元大小是按照纯结构准则 (每弯曲波长4个四边形单元） 。在2000Hz，弯曲波 长等于0.114m ，所以单元大小是0.0285m.
ACTRAN acoustic radiation
Turbulent WPF
Acoustic WPF
1
Noise due to the AWPF
created by the vortex
structures
ACTRAN Vibro-acoustic model
2 Noise due to the
TWPF created by the turbulence
关于激励的网格分辨率和量化噪声
▪ DSF 激励 = 需要捕捉声波长c/f = 340/f ▪ 湍流(Corcos) 激励 = 需要捕捉湍流波长Uc/f = 36/f 严格地讲，对于TBL，给定网格的有效性较低。这里，f_max_TBL ~1000Hz
我们关心的传递效率 =
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Copyright Free Field Technologies
ACTRAN模型
平板尺寸：Lx = 0.6 m, Ly = 0.4 m and Lz = 0.0035 m 玻璃： E = 4.85E10 + i2.425E9 Pa, nu = 0.2398, ρ = 2500 kg/m3 对流体使用声学有限元/无限元 平板的结构化有限壳单元尺寸： Δx = Δy = 0.02 m
ACTRAN Aero-Acoustics
侧视镜子下游的涡结构产生湍流 湍流噪声（从涡结构引起的） 只在车外
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Copyright Free Field Technologies
ACTRAN VibroAcoustics 噪声通过车窗传递
侧视镜产生的噪声(2/2)
2. 湍流同时引起壁面上的湍流压力波动 (TWPF)
激励水平
由于选择，S_acou = 0.1 S_TBL
25
Copyright Free Field Technologies
辐射声压
观察：即使声学激励水平比TBL的低，但是声学激励的辐射声较高。
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Copyright Free Field Technologies
传递效率
观察到：
▪ 声学激励的传递效率比TBL高很多。 ▪ 这是因为声波波长和弯曲波长的量级是相同的。
将TWPF激励导入ACTRAN
振动声学模型
选择一辆大众帕萨特作为研究对象 结构、腔和车饰部件的CAD模型在之前的研究中已经提供了。 Actran模型是振动声学的：
▪ 车窗、座椅、内部腔 ▪ 腔内的内饰零部件(通过导纳边界条件)
Model of Window / Seals
glass top seal
ACTRAN计算得到的位移
519 Hz
1300Hz
Coarse Mesh
Fine Mesh
19
Copyright Free Field Technologies
与实验对比
实验在风洞中执行。 这是首次比较, PSA 对结果很满意。
20
Copyright Free Field Technologies
0.7m
大窗只有在两个安装点加紧
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Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——密封
考虑简化的密封
▪ 一个在大窗附近 ▪ 两个在大窗外边，两个在里边
假设密封是加紧的
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Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——空气
12
Copyright Free Field Technologies
PSA案例
FFT’ Users Meeting 2010
Copyright Free Field Technologies
振动声学模型——窗
窗由玻璃制成。蓝色和粉色面代表加载TWPF的外部表面。 假设小窗为完全加紧。 大窗只有在两个安装点加紧（如图所示）。
AIAA06-2490: TBL Noise generated by a simplified side mirror configuration and acoustic transfer through the window: modelling using Actran and Fluent - S.Caro, A.Ramonda, FFT; 6 F.Perot, S.Vergne, M.Pachebat, MPSA Copyright Free Field Technologies
设置ACTRAN文件
ACTRAN/ICFD – 在声学网格上对 湍流压力波动插值
ACTRAN/ICFD – 将TWPF傅里叶 变换到频域
ACTRAN/VI – 后处理 云图，压力绘图
8
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN Vibro – Acoustics 声学计算
▪ 第二个网格是改善后的。(单元大小= 7.10-3m). ▪ 流体网格相似，基于标准声学准则(每弯曲波长4个四边形单元) 单元大小= 4 cm
基于标准准则的结构（在这个研究中为 改善结构(在这个研究中为细化网格) 粗糙网格）
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Copyright Free Field Technologies
CFD计算
案例分析 平板受综合气动声压场激励的振动声学特性
Abbas Hekmati and Denis Ricot, RENAULT Philippe Druault, Université Pierre et Marie Curie 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 2010 -3950
侧视镜噪声
VW Passat NAG/DAGA Conference 2009, Rotterdam, NL
Copyright Free Field Technologies
开源CFD计算 非定常不可压缩
(压力，速度)
ACTRAN 计算流程 湍流壁面压力波动 (TWPF)
ACTRAN/VI – 前处理 网格生成
ACTRAN VI
2
Copyright Free Field Technologies视镜诱导的汽车噪声物理分析
▪ 侧视镜在它的尾迹脱落涡； ▪ 湍流在窗上产生壁面压力波动； ▪ 壁面压力波动导致车窗的粘弹性结构振动； ▪ 振动诱导噪声。
Actran建模
▪ 侧窗可以用一块粘弹性壳建模； ▪ 密封面用粘弹性材料建模； ▪ 座椅、地毯和仪表板等可以通过Biot模型和/或导纳建模； ▪ 壁面压力波动从CFD软件（LES）导入。
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Copyright Free Field Technologies
TBL的非均质性效应 1
研究TBL模型的均质性影响。考虑两个区域 (Ω1 and Ω2) 伴随不同流体方 向 (Θ1 and Θ2) 并同一个均匀信号对比。
28
Copyright Free Field Technologies
Cavity with trim components
Passat Geometry
interior seal exterior seal
9
Copyright Free Field Technologies
WPF激励的生成
湍流只对窗的子部件起作用 (外部可见的部分)
▪ 步骤1: 执行非定常、不可压缩CFD计算 ▪ 步骤2: 将压力波动插值到侧窗上 ▪ 步骤3: 执行傅里叶变化，在频域内生成TWPF激励
CFD pressure fluctuations
TWPF excitation
10
Copyright Free Field Technologies
振动声学计算——结果
变形侧窗的压力云图 – 750Hz
11
Copyright Free Field Technologies
振动声学计算——结果
湍流壁面压力波动(TWPF)对应于用不可压缩CFD结果直接作为噪声源得到的结果。 Actran可以计算声学壁面波动压力，即使是不可压缩CFD输入。这是关键特性！