基于SYSNOISE軟件的薄板振動聲輻射數(shù)值仿真研究

1、基于SYSNOISE軟件的薄板振動聲輻射數(shù)值仿真研究作者：劉先鋒 薛偉飛 陳進摘要： 建立了薄板振動與聲輻射的數(shù)學(xué)分析模型，利用SYSNOISE 計算出振動薄板的表面聲壓、場點聲壓和聲輻射功率級。研究了不同約束和不同激勵點位置對薄板聲輻射的影響，比較了加筋板與光板的聲輻射功率，得到了一些抑制薄板結(jié)構(gòu)振動和聲輻射的方法，從而為汽車設(shè)計及其減振降噪提供了可靠的措施。 關(guān)鍵詞：聲輻射、SYSNOISE、聲功率 1. 引言 車身壁板結(jié)構(gòu)厚度小、質(zhì)量輕，特別容易產(chǎn)生振動并且輻射噪聲，因此計算汽車車身薄板受到外部激勵時的振動和聲輻射特性是十分必要的，然而在大多數(shù)工程實際問題中，結(jié)構(gòu)振動引起的聲輻射常常是無

2、法用解析解的形式予以解決，SYSNOISE是國際著名振動和聲學(xué)測試分析軟件公司LMS（Leuven Measurement System International）研發(fā)的大型聲學(xué)計算分析軟件1-3，能快速地進行聲學(xué)計算分析。本文利用振動聲學(xué)軟件SYSNOISE，對不同約束和不同激勵點位置條件下薄板聲輻射進行研究，比較了加筋板與板的聲輻射功率級，得到一些抑制薄板結(jié)構(gòu)振動和聲輻射的方法，從而為汽車車身設(shè)計及減振降噪提供了可靠的預(yù)報和措施。 2. 薄板結(jié)構(gòu)振動和聲輻射的理論 2.1 聲輻射功率的計算 機械噪聲大部分是由結(jié)構(gòu)振動而輻射的，結(jié)構(gòu)聲輻射功率表示了聲輻射系統(tǒng)向外輻射噪聲的能力，它不僅與振動

3、彈性物體固有的物理特性有關(guān)，還與激勵力大小、頻率以及輻射聲環(huán)境有關(guān)4。根據(jù)空氣介質(zhì)的連續(xù)條件，認(rèn)為鄰近振動表面一層的振動速度就是振動表面的速度。振動表面任一點的振動速度為，如果振動表面為平面，設(shè)振動表面任意一點的振動聲壓為V (x, ) p( y,)，則由瑞利積分得 式中 r 為表面上任意兩點x 和y 之間的距離。于是可以得到振動表面聲強為 由表面聲強就可以得到結(jié)構(gòu)輻射功率為 3. 仿真研究 以受垂向激勵的矩形金屬薄板振動聲輻射為例進行仿真計算。板長 2287mm，寬600mm，厚1.2mm，材料密度 s = 7850 kg/m3 ，彈性模量E = 2.1×1011 N m2 ，泊松

4、比 = 0.3，空氣密度 = 1.21kg/m3 ，空氣中 聲速c = 343m/s。加強筋與薄板材料相同。考慮到在實際工程中，薄板受到正弦激勵是不常見的，因此選擇隨機激勵，激勵的方向垂直于薄板表面，激勵帶寬為501000Hz。將ANSYS 生成的薄板網(wǎng)格模型導(dǎo)入到SYSNOISE 軟件中，在薄板激勵位置加上隨機激勵，進行各種薄板表面聲壓和空間場點聲輻射聲壓及其聲輻射功率的計算。 3.1 不同邊界約束條件對聲輻射的影響 在同樣的隨機激勵下，分別計算薄板在簡支邊界約束和固支邊界約束條件下的聲輻射情況。圖1 分別為簡支和固支狀態(tài)下薄板在隨機激勵下的表面聲壓和空間平面場點的聲壓。圖2 為不同邊界約束

5、條件下聲輻射功率級的比較。 圖 1 簡支（左）和固支（右）狀態(tài)下薄板在隨機激勵下的表面聲壓和空間平面場點的聲壓比較圖圖 2 簡支（左）和固支（右）狀態(tài)下薄板聲輻射功率級比較圖表 1 不同約束狀態(tài)下光板聲學(xué)計算 從表1 可以得出：與簡支相比，固支約束薄板能降低薄板噪聲輻射能力。 3.2 不同激勵點位置對聲輻射的影響 圖 3 為分別在薄板P1(0.16,0.56)、P2(0.16,0.1.12)、 P3(0.28,0.56)和 P4(0.28,1.12)四點對薄板隨機激勵下的聲輻射比較圖。從圖3 可知在不同位置同樣的激勵下，薄板表面聲壓最大值和空間平面場點的最大聲壓值是不同的，難以評價激勵點位置對

6、薄板聲輻射能力的影響情況。但從圖4 的薄板表面聲功率的比較圖上看，盡管激勵點位置不同，但是對于同一薄板，其輻射的聲功率幾乎是不變的。也就是說，同一薄板其聲輻射功率不受激勵點位置改變而改變。這也就是后面對對加筋薄板進行聲輻射能力評價時用聲輻射功率為主、聲壓為輔進行評價的主要原因。 圖 3 不同位置激勵下薄板的表面聲壓和空間平面場點的聲壓比較圖圖 4 不同位置激勵下薄板聲輻射功率級比較圖3.3 加筋對薄板聲輻射的影響 給薄板布置加強筋后，同樣在中心點 P (0.28,1.12)進行隨機激勵，圖5 為加筋薄板與光板表面聲壓和空間平面場點聲壓比較圖。從圖5 很容易看出：加筋后的薄板其表面聲壓最大值和空

7、間平面場點的最大聲壓值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光板的聲壓。圖6 是不同加筋薄板與光板表面輻射功率級的比較圖，從圖6 非常清楚地看到：加筋后的表面輻射聲功率小于光板的，這主要是因為加筋后薄板剛度提高，抗振性增強，從而抑制了噪聲輻射。通過這個仿真，得出加筋薄板輻射噪聲能力比光板小，但是何種加筋方式能相對最有效地降低薄板噪聲輻射，限于文章篇幅，這里就不展開討論了。 圖 5 不同加筋薄板表面聲壓和空間平面場點的聲壓比較圖圖 6 加筋板與光板聲輻射功率級比較圖4. 結(jié)論 本文利用聲振軟件 SYSNOISE 對振動薄板進行了聲輻射研究與分析，計算了在不同狀態(tài)下薄板的表面聲壓、場點聲壓和聲輻射功率。數(shù)值計算結(jié)果表明：邊界約束對薄板的聲輻射能力產(chǎn)生影響，固支約束比簡支約束的聲輻射功率小；對于光板，激勵點位置對聲壓的影響比較大，對聲輻射功率影響不大；加上加強筋的薄板其輻射噪聲能力比光板輻射噪聲的能力小得多。 參考文獻(xiàn) 1) SYSNOISE5.5 user manual 2) 華宏星, 沈榮瀛. 國際著名振動與聲軟件系列介紹之一LMS 聲學(xué)軟件SYSNOISE. 噪聲與振動控制.1999,1:44-46 3) 楊德慶