汽車進(jìn)排氣系統(tǒng)的NVH性能設(shè)計(jì)是汽車NVH設(shè)計(jì)工作中的一部分。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，對于進(jìn)排氣系統(tǒng)主要是進(jìn)行消聲器傳遞損失、管口噪聲、殼體輻射噪聲等幾個(gè)方面的分析，這些問題可以采用一維或者三維（Virtual.Lab/Simcenter 3D）的方法進(jìn)行分析（下圖為Simcenter3D進(jìn)行進(jìn)排氣系統(tǒng)NVH分析的相關(guān)案例）。

Simcenter 3D 消聲器傳遞損失

Simcenter 3D 殼體輻射噪聲和管口噪聲

對于管口噪聲傳遞到車內(nèi)人耳處的分析一直都比較少，在此我們將整車排氣噪聲分析流程進(jìn)行整理介紹。分析從排氣管口傳遞到車內(nèi)人耳處的噪聲主要涉及三個(gè)部分的工作：

1-排氣管口噪聲源獲取

2-整車外場噪聲傳播

3-外場聲載荷下車內(nèi)噪聲響應(yīng)

排氣管口噪聲源獲取

關(guān)于噪聲源的獲取有仿真和測試兩種方法。聲源采用仿真的方法獲取適用于動力總成還在設(shè)計(jì)階段。測試方法獲取需要有樣車或者有搭載相同動力總成的樣車。測試方法可以采用Simcenter Testlab TPA模塊中聲載荷識別的方法。通過排氣管口近場聲壓和近場聲傳函識別管口噪聲。聲源識別的方法已經(jīng)非常成熟，相關(guān)案例在此就不做展示。

聲源載荷識別

整車外場噪聲傳播

整車外場噪聲仿真由于其本身問題的特殊性將會遇到很大的挑戰(zhàn)。其中包括：幾何尺寸大、計(jì)算頻率范圍寬、計(jì)算頻點(diǎn)多等。

對于單個(gè)車的整車外場噪聲分析，可以采用聲學(xué)有限元方法。首先有限元方法在對應(yīng)同等規(guī)模模型的求解效率要比聲學(xué)邊界元高，因此對應(yīng)此類外場問題研究較適用。同時(shí)聲學(xué)有限元法中可以對內(nèi)飾材料進(jìn)行精確建模。Simcenter 3D中的聲學(xué)有限元方法集成了聲學(xué)有限元自動匹配邊界層技術(shù)（FEM-AML），聲學(xué)網(wǎng)格僅需為外凸網(wǎng)格，聲學(xué)網(wǎng)格內(nèi)外表面之間只需少數(shù)幾層就可以滿足聲學(xué)仿真計(jì)算要求，可以大大減少聲學(xué)有限元網(wǎng)格量。同時(shí)Simcenter 3D中集成了自適應(yīng)階次聲學(xué)有限元求解器（FEMAO），相比傳統(tǒng)聲學(xué)有限元求解器和其他聲學(xué)有限元求解器總體求解時(shí)間可以大大縮短。

FEMAO求解器與傳統(tǒng)FEM聲學(xué)有限元求解器效率對比

在進(jìn)行外場計(jì)算時(shí)，假設(shè)車身表面為剛性面，因此問題就被簡化為純聲學(xué)傳播問題。通過加載管口噪聲聲源來計(jì)算車身表面的聲壓載荷。

Simcenter 3D 整車外聲場計(jì)算模型及結(jié)果

下面是進(jìn)行外場噪聲分析試驗(yàn)和仿真對比的案例。分別從云圖和曲線兩個(gè)方面展示了采用仿真方法進(jìn)行外聲場計(jì)算的可信度。

整車外聲場計(jì)算對比案例

外場聲載荷下車內(nèi)噪聲響應(yīng)

外場聲載荷下車內(nèi)噪聲計(jì)算可以根據(jù)分析頻率范圍不同采用不同方法：中低頻可以采用FEM有限元方法，中高頻可以采用SEA統(tǒng)計(jì)能量方法。

采用有限元方法計(jì)算時(shí)，所需要建立的模型與傳統(tǒng)進(jìn)行車身NTF分析的模型一樣，需要內(nèi)飾車身和車內(nèi)聲腔。但和進(jìn)行NTF分析不同的是：NTF分析加載的為集中力，聲載荷響應(yīng)計(jì)算時(shí)加載的為分布力，也就是整車車身表面都會有載荷加載。除此以外，之前NTF計(jì)算相關(guān)模型、經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)都可以參考和使用。

載荷加載是將前一步整車外場計(jì)算的結(jié)果加載在內(nèi)飾車身上。在進(jìn)行載荷加載時(shí)，由于車身表面節(jié)點(diǎn)比較多，因此所需要加載的載荷也比較多。在Simcenter 3D中集成的載荷映射功能可以支持超大規(guī)模的載荷加載，加載后的載荷文件不會寫入內(nèi)場噪聲計(jì)算的dat文件中，而是會以二進(jìn)制的SCH5文件格式關(guān)聯(lián)到內(nèi)場噪聲求解文件中，大大縮短前處理的時(shí)間。

Simcenter 3D 有限元法內(nèi)場噪聲響應(yīng)

采用統(tǒng)計(jì)能量方法進(jìn)行分析求解時(shí)，最大的問題在于如何快速的將外場有限元分析的聲載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均。Simcenter 3D中豐富的曲線后處理功能，可以快速實(shí)現(xiàn)窄帶聲壓向1/3倍頻程的轉(zhuǎn)化，同時(shí)可以進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)各種方式的平均，快速獲得統(tǒng)計(jì)能量分析所需載荷。

將載荷加載到Simcenter SEA+統(tǒng)計(jì)能量分析軟件中即可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)中高頻響應(yīng)分析。加載到的SEA模型與整車聲學(xué)包分析模型類似，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、模型和參數(shù)也可以借鑒。

Simcenter 3D 統(tǒng)計(jì)能量法內(nèi)場噪聲響應(yīng)

下面是分布載荷下內(nèi)聲場計(jì)算對比案例。在低頻范圍內(nèi)采用Simcenter Nastran聲振耦合求解器求解結(jié)果（紅色）與試驗(yàn)測試（黑色）結(jié)果對比一致性很好。

分布載荷下內(nèi)聲場計(jì)算對比案例

結(jié)束語：

采用仿真的手段，在整車中分析排氣噪聲并不是一個(gè)深奧的課題。相關(guān)方法如聲學(xué)有限元、結(jié)構(gòu)有限元、統(tǒng)計(jì)能量法都是比較成熟并且被大家所熟知的。如何將各個(gè)部分有機(jī)結(jié)合起來，高效的進(jìn)行分析就顯得十分重要，恰好Simcenter 3D可以幫助輕松實(shí)現(xiàn)。

如需相關(guān)軟件操作的資料請聯(lián)系: zhiyuan.zhang1@siemens.com