11-ACTRAN汽车侧窗风噪声分析

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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
激励水平
由于选择，S_acou = 0.1 S_TBL
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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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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。
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
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
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▪ 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
传递效率
TBL的非均质性效应 2
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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
ACTRAN Aero-Acoustics
Fra Baidu bibliotek
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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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)
CFD pressure fluctuations
TWPF excitation
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振动声学计算——结果
变形侧窗的压力云图 – 750Hz
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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！
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
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
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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.
Cavity with trim components
Passat Geometry
interior seal exterior seal
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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
ACTRAN对汽车侧窗噪声分析
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ACTRAN模块
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN VibroAcoustics ACTRAN AeroAcoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics
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
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
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ACTRAN Vibro – Acoustics 声学计算
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PSA案例
FFT’ Users Meeting 2010
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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
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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。
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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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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
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0.7m
大窗只有在两个安装点加紧
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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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振动声学模型——空气
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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
▪ 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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CFD计算
ACTRAN VI
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侧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。
侧视镜噪声
VW Passat NAG/DAGA Conference 2009, Rotterdam, NL
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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计算得到的位移
519 Hz
1300Hz
Coarse Mesh
Fine Mesh
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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。
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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