Ansys LS-DYNA 多物理場應用

LS-DYNA NVH 振動聲學與疲勞

LS-DYNA求解器各項應用分析,包括:
1. 頻率響應函數 (Frequency Response Function (FRF) )。
2. 穩態振動 (Steady State Dynamics (SSD))。
3. 隨機振動與疲勞 (Random Vibration and Fatigue)。
4. 反應譜分析 (Response Spectrum Analysis)。
5. 聲學邊界元方法 (Boundary Element Method for Acoustics)。
6. 聲學有限元方法 (Finite Element Method for Acoustics。

LS-DYNA NVH震動聲學與疲勞應用

LS-DYNA為車輛的NVH(噪聲,振動和舒適性)以及金屬結構和部件的耐用性提供解決方案,這種類型的分析對於車輛和其他結構的舒適性,安全性和完整性至關重要。另外,LS-DYNA頻域分析(Frequency Domain Analysis,FDA)模塊允許在頻域中執行工程模擬和分析。它為振動、噪聲和結構耐用性非常重要的行業的客戶提供解決方案。

應用:

  • 評估結構的動力特性
  • 能量傳遞路徑分析
  • 振動台測試模擬
  • 車輛和飛機的NVH
  • 機器和發動機的噪音控制
  • 結構疲勞分析
  • 地震作用下建築物的安全評估


功能:

  • 無縫的振動聲分析
  • 無縫的振動疲勞分析
  • 運行選項:
  1. 等效輻射功率(ERP)
  2. 聲傳遞矢量(ATV)
  3. 突發事件
  4. 聲學特徵值分析
  • 用於靈敏度研究的單元和麵板聲學貢獻
  • 多種疲勞分析方法

 

FRF頻率回應函數 (Frequency Response Function)

FRF 即頻率回應函數,為穩態振動條件下結構回應與激勵之間隨頻率的轉換函數。它是結構動力回應的屬性,反映結構本身的特性。根據激勵和回應類型的不同,FRF可稱為加速性(或慣性)、有效品質、流動性、動力剛度等。在 LS-DYNA 中,FRF 通過模態疊加的方法計算。其結果可以表達為幅值、相位(或實部、虛部)隨頻率變化的曲線。使用者可通過多種方式輸入阻尼,如常阻尼、模態阻尼曲線和瑞利阻尼。在 LS-DYNA 中,FRF 的計算可採用一點輸入、多點輸出的方式進行,並可通過對參與模態的選擇,分析模態貢獻。

FRF 對於汽車 NVH 分析如能量傳遞路徑等有重要作用。

 

SSD 穩態振動 (Steady State Dynamics)

作為強迫振動的一種,SSD 定義為週期性荷載下的穩態振動,故其回應與施振頻率有關。荷載包括集中節點力、均布壓力、地面加速度、強迫運動等。使用者可通過多種方式輸入阻尼。計算結果存儲在 2 進制圖形檔 d3ssd 中。SSD 計算可得到結構在不同頻率激勵下的動力回應分佈,包括幅值和相位差。

 

隨機振動與疲勞 (Random Vibration and Fatigue)

隨機振動分析提供結構在隨機荷載激勵下的回應功率譜密度函數(PSD)和均方根(RMS)。LS-DYNA可考慮多種隨機荷載, 包括地面加速度、集中力、均布壓力及各種流場等(如 plane wave, random progressive wave, reverberant wave, turbulent boundary layer),也可以考慮各荷載之間的相關性(correlation)。荷 載可以採用 PSD 的方 式輸入,也可以採用時間歷程的方式輸入。 LS-DYNA 的隨機振動 分析可以考慮由機械荷載或溫度變化引起的預應力效應。

隨機疲勞分析是在隨機振動分析的基礎上,根據材料的 SN 疲勞曲線及振動時間,計算結構的累積疲勞損 傷係數及預期壽命,進而判斷結構在給定荷載條件下的安全性。LS-DYNA 中隨機疲勞分析可採用三應力法、 Dirlik 方法、Narrow Band 方法、Wirsching 方法、Chaudhury & Dover 方法、Tunna 方法、Hancock 方法等不同方法進行。各種方法基於不同的理論和假設計算各應力水準的概率密度函數(Probability Density Function 或 PDF)。

隨機振動和隨機疲勞分析在汽車、電子、土木、機械、航 空航太和海洋工程等行業有廣泛的應用。

 
                  
 
                 衛星模型的隨機振動分析           對鋁合金試件進行疲勞分析與驗證                            白色車身的位移RMS
                 Courtesy of Predictive             Courtesy of CIMES, France.
                    Engineering, USA.
 
 

反應譜分析 (Response Spectrum Analysis)

反應譜分析用於計算結構在地震或其他激勵條件下可能出 現的最大反應。反應譜理論考慮了結構動力特性(自振週期、

振型和阻尼)與地震動特性之間的動力關係,通過反應譜來計

算由於結構動力特性所產生的共振效應。由於反應譜分析把地 震慣性力作為靜力對待,它是一種准靜力方法。LS-DYNA 提供 了一系列的模態綜合方法,如 SRSS 方法、CQC 方法、NRC Grouping 方法、Double Sum 方法等,以考慮不同條件下的模態 藕合。反應譜輸入可採用單點激勵,也可以採用多點激勵。

反應譜分析在大型結構如橋樑、高層建築、核反應爐等的 抗震設計和安全評估方面有重要應用。

 

 

地震激勵下大壩反應譜分析

 

聲學邊界元方法 (Boundary Element Method for Acoustics)

LS-DYNA 提供了一系列的邊界元方法及簡化的邊界積分方法供用戶進行聲學計算。這些方法包括:節點邊界元法、基於變分原理的非直接邊界元法、Rayleigh 方法、Kirchhoff 方法和基於 Burton-Miller 公式的 Dual 邊界元法。 在邊界元方法中,

LS-DYNA 採用了基於子域劃分的快速計算方法,並提供了聲學 面板貢獻分析、聲學轉換向量(Acoustic Transfer Vector)等分析功能。LS-DYNA的聲學邊界元方法可很方便地與結構的時域有限元分析、頻域有限元分析相結合,計算結構的振動雜訊。此方法也可以使用使用者提供的振動資料如節點速度作為聲學計 算的邊界條件。對於結構表面與流體表面單元不一致的情況,此方法可通過插值將結構表面的振動邊界條件映射到流體表面。

通過採用特殊的半空間基本解,LS-DYNA的聲學邊界元方法可以自動考慮聲波在半無限固體表面的反射效應。

在汽車NVH領域,邊界元方法可用於計算汽車由於振動產生的輻射雜訊。

 

               

通過BEM聲學求解器在10 Hz和140 Hz下從車輛發出的輻射噪聲

 

 

BEM聲學求解器用於發動機模型的ATV圖(實部和虛部)

 

 
                             
  聲學邊界元方法可計算高爾夫球頭的撞擊雜訊          聲學邊界元方法可用於汽車消聲器傳遞損失分析  
 
 
 
         
 
               使用聲學有限元方法計算圓管內的聲壓分佈
 
 

聲學有限元方法(Finite Element Method for Acoustics)

頻域聲學有限元方法,是基於聲學Helmholtz微分公式和Galerkin方法的有限元計算方法。該方法特別適用於內部聲學問題。使用者可選擇使用立方體單元(Hexahedron)、四面體單元(Tetrahedron)或者五面體單元(Pentahedron)及其組合來類比各 種複雜流體域如汽車車腔。LS-DYNA 的聲學有限元方法可很方便地與結構的時域有限元分析、頻域有限元分析相結合,計算結構的振動雜訊。此方法也可以採用用戶直接輸入的速度邊界條件。

 

用FEM聲學求解器計算機艙噪聲