[发明专利]基于单位分解“有限元-无网络”单元的汽车车内声场预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车车内声场计算的预测方法，具体涉及一种基于单位分解“有限元-无网格”单元的汽车车内声场计算预测方法。

背景技术

目前，汽车的车内声腔声场预测分析是车身NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)性能CAE(computer Aided Engineering，计算机辅助工程)分析中的一项重要工作，它对车身NVH性能预测以及指导NVH性能开发都有十分重要的意义。

目前，汽车的车内声场仿真预测方法有解析法和数值法，其中解析法一般只针对简单问题和模型；数值法是目前主流的预测方法，包括有限元法和边界元法，并在许多商业软件如Nastran、Virtual.LAB等中广泛应用。许多工程师对这些方法使用比较娴熟，在汽车车内声场性能预测与分析中广泛采用。但这类方法也存在一些问题，有限元法存在声学数值色散效应,预测结果受模型网格尺寸大小和计算频率的高低的影响较大,而边界元法的系统矩阵是非对称满阵、计算效率低下，矩阵的计算复杂，其应用前景还不如有限元法广阔。

为满足汽车的车内声场分析问题预测结果的可靠性，汽车设计工程师需要在建模过程中对网格尺寸、模型质量等进行检查，这需要耗费较多的前处理时间和人力，因此，有必要对发明一些新的预测方法以降低预测结果受模型质量的影响。另外，由于汽车设计工程师们已经习惯了运用有限元网格模型进行分 析，这就要求新的预测方法最好是基于有限元网格模型，这样能更好地保证模型的通用性。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测方法，该方法在形函数构造时针对汽车车内声场模型的全局域采用六面体的等参单元形函数近似，在其模型节点的支撑域内采用径向点插值法近似，形成混合的汽车车内声场模型的有限元-径向点插值形函数，该形函数集成了RPIM和FEM形函数的优点，能降低数值色散误差，提高了汽车车内声场分析的计算精度和分析频率范围。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测方法，包括如下步骤：

2、包括如下步骤：

S1、建立汽车车内声腔网格模型，即对汽车车内声腔模型进行网格划分，网格单元采用六面体单元，每个六面体单元包含8节点；

S2、利用一层相连节点关系定义汽车车内声腔模型的单元节点支撑域；

S3、构造汽车车内声场点的近似函数；

S4、构造汽车车内声场模型六面体单元形函数的完整形式及声压梯度形式；

S5，构造基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测模型

首先利用标准的Galerkin方法得到汽车车内声场预测模型的伽辽金弱形式；接着对其进行离散处理，得到汽车车内声场预测模型的离散方程，从而构造基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测模型；

S6，利用基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测模型对汽 车声腔的模态频率、振型进行计算；

S7，利用基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测模型可对车内声场的声学响应进行仿真预测。

本发明的有益效果在于；

(1)本发明采用基于单位分解有限元-无网格单元的形函数来改善车内声场预测模型的硬度，降低其预测过程中的数值误差，获得比有限元法更好的计算结果，有限元-无网格法对汽车车内声场模型的网格质量要求比有限元法要低，分析频率带宽更宽。这一优点为本发明解决汽车的车内声场预测问题提供了技术基础。利用本发明进行分析汽车车内声场预测时，采用基于单位分解有限元-无网格单元的形函数降低了车内声腔模型的硬度，减少数值色散效应，提高了车内声场频率响应分析的精度和分析频率范围，进而获得更准确的预测结果。

(2)本发明在汽车车内声场分析问题中，能够得到更好的计算效果，更高有效的分析频带宽，而且该方法对模型的质量要求更低(如网格模型粗糙)，这样能降低更多的前处理时间，在汽车产品的开发设计应用中前景广阔。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明基于单位分解有限元-无网格单元的汽车车内声场预测方法的流程图；

图2是本发明一种优选实施方式中汽车车内声场六面体网格示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中汽车车内声场模型节点支撑域的选择示意图；