LMS 2011年用户大会论文集 Virtual.Lab.pdf

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书资料大小：15.62M 资料格式：pdf 举报版权申诉

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第1页.png

第1页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第2页.png

第2页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第3页.png

第3页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第4页.png

第4页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第5页.png

第5页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第6页.png

第6页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第7页.png

第7页 / 共172页

ba330ec1-0fc2-4671-8665-7c96fe2a54f5.pdf-第8页.png

第8页 / 共172页

冲压空气转换活门管路消声器特性研究

基于LMS Sysnoise的手机麦克风导音管结构设计

基于LMS Virtual Lab的喇叭频响计算

非均匀进流条件下螺旋桨无空化噪声的预报与校验

离心泵流动诱导噪声的数值预测

摇臂式起落架初始设计方法研究及性能仿真

A Virtual Product Development Platform for Underground Drill Rigs in Coalmine

LMS Virtual. Lab软件在发动机机油盘结构噪声优化中的应用

某电动汽车噪声分析及优化

基于LMS噪声分析流程的某发动机噪声CAE分析与试验对比

ODS试验与模态仿真相结合改善发动机水泵螺栓共振断裂

轿车驾驶室声学响应仿真分析与优化

一种提高空气滤清器中高频消声量的结构研究

YTQH800强夯主转台焊缝疲劳寿命评估

考虑加工及装配误差的锁机构运动精度分析

轻轨车室内噪声的数值预测*

环形天线的动力学特性分析及振控制

基于Virtual.Lab 软件的高速列车结构噪声仿真分析研究

某四缸柴油机龙门式气缸体动力响应分析

Designer Oriented CAE Analysis in the Design of Washing Machines

基于MATV 法的车内噪声仿真分析研究

拖拉机驾驶室声学灵敏度分析

基于LMS Virtual Lab/Acoustic的车内噪声预测

离心式压缩机末级蜗壳辐射噪声预测

Virtual lab在汽车进气系统NVH性能提升方面的应用

基于LMS Virtual.Lab的整车振动及声学响应分析

基于Virtual.Lab/Acoustic的减速器低噪声设计

等效声压

LMS virtual lab motion在发动机多体动力学计算中的应用实例

冲压空气转换活门管路消声器特性研究孙新波(1), 孙学德(2) （上海飞机设计研究院动力燃油系统设计研究部，上海 200232 ）（上海飞机设计研究院环控系统设计研究部，上海 200232 ）摘要：本文基于多孔材料 Delany-Bazley 经验模型及传递矩阵法，根据飞机环境系统冲压空气转换活门管路消声器声衬结构、尺寸参数及其内部温度分布特性，将声衬分为若干层，研究了温度梯度对声衬结构的吸声特性的影响，并在该声衬结构的表面声阻抗特性的基础上，采用 Virtual. Lab—FEM 模块管路模态分析理论研究了冲压空气转换活门管路消声器声衬处理的支撑件对消声器性能的特性，并与一维分析工具分析结果进行了对比，结果显示支撑件在采用声衬处理后，消声器的性能在中高频得到了明显的提高，可以用来指导工程设计。关键词：Delany-Bazley 模型，传递矩阵法，CFD 计算，声衬温度分布，消声器 IL 中图分类号：TB533 文献标识码: A 随着国内民机事业的发展，及人类环保意识的不断增强，对飞机噪声强制性指标的要求越来越高，特别是空中运输迅速膨胀，机场飞机起降密度不断增加与人们的低噪声要求冲突越来越突出。环控系统，其功能是为飞机客舱提供新鲜空气，并有效控制客舱温度，以保证飞机乘客对环境及空气的需求。在地面上，由于环控系统需要为登机乘客提供舒适的客舱环境，然而其冲压空气转换活门管路噪声严重影响到周围的居民、乘机旅客及现场维护人员的身心健康。为了改善飞机的停机坪噪声质量，需要通过一定的降噪措施，降低冲压空气转换活门（如图 1-a 所示）管路噪声辐射，使得飞机的停机噪声水平满足国际民航组织（ICAO）的要求[1]。然而冲压空气转换活门管路噪声其频带较宽，噪声水平较高，但其工作环境温度处于 160° C~200°C 之间，为此可以采用阻性消声器（如图 1-b 所示）对其进行降噪，常用的为玻璃棉或矿棉纤维材料作为吸声体；对于该种吸声体，国外的声学工作者及工程人员在该吸声体的吸声特性研究及实验方面已经做了大量的研究工作，其中以 Delany-Bazley 的经验模型[2]， Biot-Allard 理论模型[3]及 Johnson-Allard 理论模型[3]最为出名，并在民用飞机环控系统噪声工程控制方面得到广泛应用，其中以 Honeywell、Hamilton Sundstrand 及 Liebherr 的冲压空气转换活门管路消声器方面已经做了大量的研究[4]，并提出了自己的经验模型，用于消声器的前期及详细设计阶段分析；国内的声学工作者在国外现有较为成熟的多孔材料吸声体理论模型的基础上，进行了大量的研究工作，其中西安交通大学卢天健、陈花玲、陈天宁教授在金属纤维体等多孔材料的吸声特性方面已经进行了大量的研究工作，并取得了一定的成果 [6][7]；东南大学的何德坪教授在泡沫铝吸声体的吸声特性的方面取得了一定的研究成果 [8][9]。而对于民用飞机环控系统方面的工程应用研究方面所做的工作极为有限。 a 冲压空气转换活门 b 消声器内部构型图 1 冲压空气转换活门

1 冲压空气转换活门消声器声衬特性计算由于冲压空气转换活门消声器的主要消声结构由玻璃纤维基体及附面层（金属网及穿孔板组成）组成，其具体构型如图 2 所示。图 2 声衬结构构型 1.1 Delany-Bazley 的经验模型由于该声衬基体为玻璃纤维组成，为此可以通过 Delany-Bazley 经验模型对其基体的特性阻抗进行计算，具体计算公式如下： ; (1) ; (2) ; (3) 其中各个系数与材料特性及 E 的值有关，具体数据可以查阅文献[2]。 1.2 传递矩阵法计算多层吸声体表面阻抗特性根据平面波叠加原理可知单层多孔材料的传递矩阵[Ti]为[10]： (4) 层与层之间的传递矩阵为： (5) (6) (7) 根据传递矩阵法，多层声衬表面声阻抗特性计算公式如下： (8) 2 消声器声衬温度及声学特性分析图 3 为某型号冲压空气转换活门消声器构型尺寸，其正常的排气温度为 160°C。图 3 冲压空气转换活门尺寸示意图 2.1 消声器声衬温度分布计算

根据图 3 建立简易的管路 CFD 网格模型，并根据玻璃纤维棉的热传导率（0.03）及孔隙率（97%）计算管路内声衬的温度分布，具体计算结果如图 4 所示。 a 消声器内部温度分布 b 声衬温度随深度变化曲线图 4 消声器内部温度分布云图 2.2 温度梯度对声衬特性影响分析对于声衬温度分布，其直接影响到声衬特性，为此根据温度分布的特性将声衬分别分为若干层进行分析。根据公式（8）计算声衬的表面声阻抗特性，进而计算声衬的法向入射吸声系数，具体分析结果如图 5 所示。图 5 三种简化方式下声衬的吸声特性由图 5 可以看出，简化的层数直接影响到在低频的吸声特性，层数越多（温度梯度越明显）其低频消声特性越优，但其在高频的吸声效果略低；因此层数的划分直接影响到计算结果的精度，工程上近似计算可以采用 1 层对其进行处理，以减少计算量；而对于精确计算可以适当的增大层数。 3 消声器特性分析 3.1 FEM 模型根据图 3 示意的消声器结构尺寸，建立消声器的有限元网格模型，建立后的有限元网格模型如图 6 所示，由于气流流速约为 0.1Ma，本次计算中不计入气流的影响。

图 6 转换活门消声器 FEM 模型 3.2 消声器性能计算结果：为了缩短运算时间，减少网格量，本文通过对声衬结构通过采用公式（8）进行理论计算，将其表面声阻抗特性直接加载到消声器网格模型中。根据该构型，消声器的传递损失计算结果如图 7 所示。其中：NTR 表示未做处理的支撑件，TR 表示经过声处理的支撑件，Plane Wave 表示按照平面波一维计算的结果（NTR）。 5dB 从图 7 中的计算结果可以看出：图 7 消声器插入损失/dB 1）采用平面波入射的一维计算结果在 1000Hz 以下其计算结果与采用 FEM 计算结果相一致；其主要原因是管路的一阶截止频率为 1018Hz，因此，处于 1018Hz 以下的声波采用平面波进行传播，因此二者计算结果比较接近；而在 1000Hz 以上，由于管路模态的存在，使得声波射向声衬的角度发生了变化，这样使得消声器的消声性能得到了明显的提升，而这个特性在一维模型中未能反映出，所以一维模型的预估结果相对较为保守； 2）采用声衬处理后的支撑件，使得消声器的性能在 2000Hz 之后的范围内，得到了明显的提高，其主要是因为处理后的支撑件，增大了消声器的吸声面积。 3） TR 及 NTR 的传递损失计算结果并未严格按照图 5 所示的吸声系数在高频呈增大趋势，其主要原因是声衬影响了声传播的方向，从而使得声波传播中高频的入射角度发生了变化，降低了高频吸声性能。 4 结论经过上述的研究及分析，可以得到以下结论：

1）在计算冲压空气转换活门管路消声器的声衬特性时，由于声衬材料的热传导性能较差，造成的温度梯度变化不是很明显，可以忽略温度造成的声衬特性变化，将声衬结果简化为一层进行计算； 2）为了有效的抑制环控系统的噪声，在对声源特性进行分析后，可以采用对支撑件进行声处理，以达到进一步降噪的目的； 3）在前期的概念设计阶段，可以通过采用一维分析模型，对消声器的性能进行评估，由于其计算结果相对保守，可以降低后期更改对项目带来的风险，从而节省成本。由于传统的一维分析模型只是考虑平面波在消声器中的传播，为了更好的在前期对消声器性能进行预测，有必要对一维的消声器模型进行修正，以引入各个模态下的声学特性，进而提升一维消声器的预估精度及准确性，减少工程应用中的不必要的浪费及有效控制消声器的重量。参考文献： [1] ICAO-Annex 16 Volume 1: Aircraft Noise - Attachment C: Guidelines For Noise Certification Of Installed Auxiliary Power Units (APU) And Associated Aircraft Systems During Ground Operation, Fifth Edition, 2008.07 [2] Istavan L. Ver, Leo L. Beronek, Noise and Vibration Control Engineering Principles and Application (2005) [M], 221-223 [3] J.F. Allard and N. Atalla, Propagation of Sound in Porous Media-Modeling Sound Absorbing Material [M], WILEY, 2009; [4] Jean Christophe Legros, Mireille Lemasson, Contribution to Noise Reduction of An Air Conditioning Turbo-machine [J], AIAA-98-2254. [5] Johanna Ingenito, Michel Roger, Analytical Modeling of Sound Transmission Through the Passage of Centrifugal Compressors[J], AIAA 2007-3704 [6] 张波,陈天宁.烧结金属纤维材料的吸声模型研究[J].西安交通大学学报, 2008,42 (3):328-332 [7] Zhang B,Chen TN.Calculation of sound absorption characteristics of porous sintered fiber metal [J].Applied Acoustics, 2009,70 (2):337-346. [8] 程桂萍，陈宏灯，何德坪，孔结构对多孔铝吸声性能的影响[J]. 机械工程材料，1999.10， Vol.23 No. 5. [9] Yang Donghui, He Deping, Porosity of porous Al alloys, Sicence in China, 2001,08, Vol.44 No.4. [10] M.L. Munjal, Acoustic of Ducts and Mufflers with application to exhaust and ventilation system design, 1987. [11] LMS Virtual.Lab version 10 (Sysnoise Manual) .

基于 LMS Sysnoise 的手机麦克风导音管结构设计摘要：黄维财（中兴通讯股份有限公司）手机的语音通话质量很大程度上取决于麦克风拾取语音信号的质量，而手机麦克风导音管对麦克风录入的语音信号质量有很大的影响；同时，双麦克风语音消噪逐渐在高端手机中普及，好的麦克风导音管设计对提高双麦克风语音消噪性能有至关重要的作用。本文借助 SYSNOISE 软件对手机麦克风导音管声学结构进行分析、仿真计算，在手机开模之前给麦克风导音管的声学性能做一个预评估，以避免修模或减少因为麦克风音频结构问题而导致修模的次数，减少测试的时间周期和费用，以加快手机研发速度，节约研发成本。关键词：导音管麦克风共振频率引言随着通讯技术、信号处理技术、软件开发等相关领域的飞速发展，手机的更新换代越来越快，手机产品的生命周期也日渐缩短。短周期的手机产品寿命，要求手机产品有更短的研发周期。在保证产品质量的前提下，快，已经是手机产品行业以及其他便携式电子产品行业生存立命之关键。仿真计算就是在产品开模之前对产品的性能做一个预估，指出存在的问题，提供改进的方向，在开模之前尽量发现产品自身存在的问题，这样能有效减少开模、修模的次数，减少测试时间和费用，缩短开发周期，降低开发成本。仿真计算的作用被越来越多的企业认可，而手机麦克风导音管声学性能仿真计算正是手机音频新能预估的一个重要部分，值得我们分析和探讨。理论及设计原理手机的语音通话质量主要包括上行和下行两部分：下行是通过受话器到人耳的部分，上行则是人嘴巴到手机麦克风的部分。手机麦克风导音管是声音从嘴巴到麦克风的必经之路，设计好的麦克风导音管是获得好的语音通话质量的重要保障。语音频带分为宽带和窄带，窄带最高到 3.4kHz，宽带到 7.4kHz，手机要想获得好的通话质量自然就要做宽频带语音。麦克风导音管设计主要用于宽频带语音设计的手机或是带语音消噪功能的高端手机。麦克风导音管的主要设计目标为以下几点：1.对于单麦克风手机，主要设计目标是导音管腔体在关心的语音频带范围内不出现共振模态，一般设计麦克风导音管的谐振频率到 10kHz（这样频响的共振峰才会对 7.4kHz 以下影响较小）以上。2.对于双麦克带语音消噪功能的手机，一方面要设计两个麦克风的导音管的共振频率到 10kHz 以上，另一方面还要设计两个麦克风导音管在 7kHz 以下频率段的频响尽量接近或一致，这样更有利于对语音信号进行消噪处理，达到更好的消噪效果。

对于一端开口的长管状腔体【1】，第一阶共振频率一般用以下公式计算： 0=4×1 （1）为空气中的声速，L 为管状腔体的长度。对于形状接近霍姆赫兹共鸣腔的腔体【2】，共振频率一般用以下公式计算： 0=2(1+0.8) （2）其中 S 为共鸣腔入声孔面积，l 为入声孔长度，V 为共鸣腔体积。对于麦克风导音管，根据实际的形状尺寸选择合适的理论计算公式就能得到较为接近的腔体谐振频率值，但是理论公式都是规则形状和理想条件下的计算公式，只能作为腔体共振频率计算的一个参考。对于一些形状不规则的手机麦克风导音管来说，用有限元的数值方法计算则更为恰当。导音管结构设计与仿真计算利用声学仿真软件进行麦克风导音管声学结构设计的一般步骤为：下面以某项目手机麦克风模组为例来进行导音管的结构设计，原麦克风导音管模组的结构设计如图 1 所示，PCB 板、麦克风、密封 rubber 和外壳共同形成了麦克风导音管腔体。对于这样一个手机麦克风模组，我们要计算其导音管腔体的谐振频率，首先要将导音管腔体内的空气建成实体模型，该麦克风模组对应的导音管腔体的 3D 模型如图 2 所示。图 1 某手机麦克风模组结构剖面图图 2 根据结构图建立的导音管腔体实体模型获得导音管腔体内空气的实体模型之后，就要对腔体进行有限元网格划分，最后将划分好的有限元

网格模型导入声学仿真软件 SYSNOISE 进行仿真计算【3】，计算后即可获得腔体的共振频率，原导音管腔体计算结果如图 3 所示。根据麦克风导音管腔体的具体尺寸，利用公式（2）获得的共振频率值为 6337Hz。图 3 原导音管腔体的共振频率从 SYSNOISE 的计算结果来看，导音管腔体的第一阶共振频率约为 6078kHZ，这个计算结果与理论公式（2）的计算结果很接近。这个共振频率落在了我们关心的语音频带范围之内，在此导音管作用下，麦克风录入的信号感度频响曲线在 6kHz 附近会出现峰值，这个是我们所不期望的。造成此导音管腔体的共振频率较低的主要原因是麦克风导音管腔体的体积偏大，长度偏长，因此需要修改麦克风模组的 3D 结构减小导音管腔体体积，达到提高麦克风导音管共振频率的目的。、根据前面仿真计算结果知道，需要减小导音管腔体体积。在不改变手机外形设计、保证麦克风导音管气密性的前提条件下更改了腔体结构设计，剖面图如图 4 所示。修改后麦克风模组对应导音管腔体内空气的实体模型如图 5 所示。图 4 修改后麦克风模组结构剖面图图 5 修改后麦克风模组对应的导音管腔体

分享到：

赞收藏

资料库

LMS 2011年用户大会论文集 Virtual.Lab.pdf

相关推荐

行业

热门标签

最新资料