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汽车引擎盖的声辐射分析
引言：
在汽车工业中，汽车引擎盖的振动是导致声波辐射的重要原因。而在这些引擎盖中，阀盖由于其面积较大，且厚度相对较薄，所以被一致认为是主要的噪音贡献者。因此跟结构分析相结合下的，对阀盖的声学分析已经成为设计流程中的一个重要的环节。
问题的描述：
阀盖的噪声辐射分析中，需要模拟附着在阀盖上的外部空气，而且它是向外无限延伸的，因此直接用声学有限单元去模拟无限的空气区域是不合理的。在Abaqus中可以通过两种方式来模拟无限声学介质的影响：一,使用声学无限单元；二，用阻抗边界来模拟。
在对外部的噪声辐射问题进行仿真分析时，无限单元法的应用已经越来越广泛。无限单元可以直接在结构上定义，或者也可以在声学有限单元区域的终面上定义。
对于边界阻抗技术，实质上属于无反射边界条件。然而当用此来模拟结构外部的区域时，结构与辐射表面的距离必须足够大（通常取声波波长的1/3）。
声学无限单元计算公式与声辐射阻抗边界的计算有几个关键的区别：无限单元采用更高阶的差值函数，而声辐射边界则采用一阶差值函数。虽然无限元计算每个单元的花费更高，但是无限单元的要比阻抗边界精确很多，因此通过减小无限元的单元规模，从而可以大大的降低结构总的计算时间；
三、模型的建立
3．1模型的导入：
启动Abaqus/CAE，在Start Session对话框中，选择Create Model Database按钮。建立一个新的模型。

点击File——〉Import——〉Model，导入整个孤立网格的模型，导入的模型如图1所示。
3．2创建材料和截面属性：
进入property模块，点击左边的工具栏的Create Material 按钮，如图2。进入Edit Material菜单，输入Mat-1作为阀盖材料的名称。
2．点击Mechanical——〉Elastic，输入7000作为杨氏模量，0.33作为泊松比；点击General——〉Density，输入1.95E-9作为材料密度。
3．创建一个名称为ELASTIC-AIR的材料，作为垫片材料的名称，其密度为1.2E-12，点击Other——〉Acoustic Medium，输入体积模量0.142。
4. 点击左边的工具栏的Create Section按钮，在Create Section对话框中，命名为AIR-INFINITE，选中Other——〉Acoustic infinite，点击continue，在Edit Section菜单中选中ELASTIC-AIR作为材料。
5. 同上，创建一个名为SHELL的Section,选中shell和homogenous，点击continue，在

Edit Section菜单中选中MAT1作为材料，壳厚度输入2.5。
6．同上，创建一个名为Solid的Section,选中solid和homogenous，点击continue，在Edit Section菜单中选中MAT1作为材料.
7.将以上材料和截面依次分配到相应的部件上。
3．3 分析步的设定以及输出需求的设定
1．进入step 模块，点击工具箱栏的Create Step按钮，进入Create Step对话框。
2．如图3所示，建立一个在Linear perturbation中选择Steady-state dynamic,Direction的分析步，命名其为Step-1，点击continue。

图3
3．在Edit Step对话框中，选择Compute complex response, 并且输入扫频范围800-1007Hz,1007-1296Hz和扫频个数分别为5，5。如图4所示

图4
3．4定义相互作用属性
进入Interaction模块，首先定义各个面，便于定义接触以及连接方式等。
1．从主菜单选择Tools——〉Surface——〉Manager，开始定义Surface。定义阀盖壳面底部和实体上表面的名称分别为SHELL-BOT-ELEM, SOLIDELE；定义阀盖壳面上表面和无限单元区域的表面名称分别为SURF-1，SHELL-SURF。
2. 先在主菜单栏里点击Interaction——〉Property——〉Manager，点击Create，定义接触特性名称为FRIC,,在Type项里面选择Contact，点击Continue，定义Pernalty摩擦系数为0.2，点击OK，如图6所示。
3．在主菜单上点击Interaction——〉Manager——〉Create，在Create Interaction中,选择Surface-to-Surface contact,如图5所示。

图 6

点击Continue，在界面右下角点击surfaces按钮，如图7所示，分别选择刚才创建的SOLIDELE，SHELL-BOT-ELEM为主，从表面。

图7
同时在Edit Interaction对话框里面，在Slave node/Surface Adjustment栏下指定，specify tolerance for adjust zone 为1，并勾上Tie adjusted surfaces栏，即将其定义为Tie 接触。并且选择Fric为其接触属性，如图8所示。
4. 定义Tie约束，从主菜单中选择Constraint——>Manager，然后点击Create，在出现的对话框中，命名为，在Type栏中选择Tie，点击continue。出现Edit constraint选项框，分别选择SURF-1，SHELL-SURF为施加Tie约束面，在Specify distance对话框中输入容差为2。如图9所示。

图8

图9
3．5定义边界条件和外载荷
1．进入Load模块。首先定义Set，来方便施加载荷。从主菜单选择Tools—〉Set—〉Manager，开始定义Set名为BOLTNODE。 使得从主菜单中选择BC—〉Manager，在Boundary Condition Manager中，点击Create，在出现的Create Boundary Condition对话框中，命名这个边界条件为Disp-BC-1，选择Displacement/Rotation，按下Continue按钮。如图10所示。

点击窗口下方的Set按钮，在出现的Region Selection窗口中选择BOLTNODE集合，按下Continue按钮。在出现的Edit Boundary Condition对话框中钩上U1，U2选项，将U1,U2约束住。
3．加入振动位移载荷，首先定义幅值曲线，选择Tools——〉Amplitude—〉，在出现的Create Amplitude对话框中，命名幅值曲线为SINE，选择type为Tabular，然后输入不同时间点对应的值。如图所示

接着利用关键词编辑器，定义*Boundary功能，并且调用所定义的SINE幅值曲线。如下所示定义：*BOUNDARY, AMPLITUDE=SINE, TYPE=ACCELERATION
boltnode,3,,9810
3.6 本例题中声场也可以采用空气有限单元来模拟。
在part中创建球形几何体作为空气部分，如图所示。

进入Assembly模块，采用Cut功能切除引擎盖部分，得到实际的空气模型，如上图所示。
Interaction 模块中将空气模型与引擎盖采用Tie连接约束。进入constraint，点击create,进入如下对话框，

并且在Interaction模块施加无反射边界阻抗。如下图

选择球形表面为阻抗界面

对空气模型采用四面体网格划分单元，单元类型选择AC3D4。
其他分析设置与无限元分析相同。进入job模块进行计算。
3.7 进行分析，并可视化结果
1．进入Job模块，从主菜单中选择Job——〉Create，在Job Manager中点击submit提交任务，点击monitor来观察分析的过程。
2.分析结束后，点击Resutlts，对结果进行可视化。如图无限元条件和阻抗边界两种方式下的为声压分布

3 点击工具栏的Plot Deformed Shape按钮，显示了结构的前三阶模态。