基于Actran针对传动系统噪声的仿真方案

01

传动系统噪声特点及描述方式

传动系统噪声特点

• 传动系统的噪声主要包含啸叫噪声与敲击噪声

• Whine at lower rpm (1000-2500 rpm)

• Rattle at higher rpm (>2500 rpm)

• 举例：上图为FORD某发动机由于平衡轴 齿轮啮合产生的噪声瀑布图：

– 啸叫（whine）主要由旋转运动的阶次产生。对于此款机型，低转速啸叫现象较明显。

– 敲击噪声（rattle）主要由一些较随机的齿间碰撞产生，在此款机型上高转速敲击噪声较明显。

振动噪声的时域描述与频域描述

• 振动噪声最原始的描述为时域描述，如上图，振动加速度信号，或麦克风记录的声压信号。

• 时域上的振动或声压均为实数，记录脉动信号 在平均值上下快速的变化。

• 时域信号通过信号处理，可以转换为频域结果。此转换的基本原理为傅里叶变换。如上图，将以上时域信号进行时间上的分段，并进行傅里叶变换，可以得到每个时间段的频谱，并组合 成瀑布图。

• 频域上的结果为复数，包含实部、虚部，或幅值、相位信息。声压级或声功率级（dB）等概念均为频率上描述。

振动噪声的频域谐波描述

• 计算传动系统的专用软件工具经常使用频域谐波（harmonic）的方式描述产品的动力学特性。

• 此种方式的优点在于计算快速，描述清晰，仅关注谐波成分。

• 此方法局限在于非谐波成分响应完全为零，即非产品固有阶次部分的数值结果为零。

02

Adams–Actran联合仿真方案

Adams–Actran仿真方案

Adams（时域）–Actran（时域）仿真原理流程

特点：

- 时域多体动力学仿真，可以模拟啸叫与敲击现象。

- 时域噪声仿真，同样可以还原出所有声音的瞬态效果，适合极快速冲击，碰撞噪声的仿真。

- 可以制作音频文件。

Adams（时域）–Actran（频域）仿真原理流程

频域&时域声学分析对比

• 时域声辐射计算Time domain

• 频域声辐射计算Freq domain

对于准定转速或慢加速传动系统，以上两类分析方式可以得到相同结果。

Adams–Actran仿真操作流程

• 以上两类工作方式均可以在Adams GUI下完全实现，也可以在Actran GUI下实现。

• 操作方案一：

– Adams GUI多体动力学

– Adams GUI声辐射计算。噪声计算的Actran求解器内置于Adams GUI中，通过Adams2Actran Toolkit设置噪声辐射分析参数，并调用Actran计算声辐射。

– 特点：方便Adams操作者上手噪声计算，无需学习 Actran图形界面

• 操作方案二：

– Adams GUI多体动力学

– Actran GUI声辐射计算。Actran读取Adams输出MDF模态参与因子，并结合MNF模态信息计算声辐射。

– 特点：更丰富的建模及后处理，可考虑非自由场，如挡板的吸隔声效应。

Adams多体动力学刚柔耦合

Adams模块需求：Adams/Flex或包含此模块的bundle模块

•案例1：风机传动系统

• Flexible bodies

- shafts

- gearbox housing

• 案例2：发动机平衡轴齿轮

• Flexible bodies

– Flexible Engine Block, Fr Cover, Oil pan, Cylinder head, Cam cover

– Flexible Crankshaft

– Flexible Balance Shaft – Flexible Gear Wheels

Adams GearAT齿轮高级建模工具 

Adams Gear AT齿的柔性的仿真

Adams Gear AT齿型生成

Adams Gear AT几何修型

案例：Engine Gear Rattle and Whine prediction

• Challenge

Unbalanced loading on transmission systems and manufacturing imperfections can generate high level of noise when gears systems are operating.

• MSC Solutions

Adams computes engine vibrations considering gear geometries and engine operating conditions. Actran computed radiated noise power and predict sound pressure levels at microphones.

• Value

Robust NVH design thanks to efficient coupling of multi[1]body and acoustic simulations. Engine sound is predicted allowing subjective design selection. Structure path analysis for weak points detection.

案例：Wind Turbine Gear Box

• Challenges

In such an applications several tools are usually chained because it involves 3 physics: dynamic, vibrations and acoustics. The aim is to reduce the number of tools to use with the Adams / Actran co-simulation.

• MSC Solutions

Adams is used for MBD simulations and for computing vibrations. Actran read Adams vibrations, compute the radiated noise and is used for getting waterfall diagrams. Simulations are performed in time domain, for steady state and for ramp-up conditions.

• Value

Acoustic study could be done earlier in the product development if integrated with other processes.

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