统计能量分析(SEA)

NVH研究及评价方法蒋鑫青岛理工大学，青岛，中国，266520******************【摘要】噪声、振动与声振粗糙度,是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。

业界将噪声、振动与舒适性的英文缩写为NVH（Noise、Vibration、Harshness），统称为车辆的NVH问题，研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型，已经有几种比较成熟的理论和方法。

车辆NVH 特性已越来越受厂家和客户的重视，因此如何开展NVH 的评价、诊断对于解决NVH问题非常关键，它也在产品开发过程中的标杆研究和产品定型、积累设计数据起非常重要的作用。

【关键词】NVH；研究方法；评价标准About NVH Research and Evaluation MethodsJiang XinQingdao Technological University Qingdao.China.266520******************Abstract:Noise, sound vibration and harshness is a comprehensive measure of the quality of the car manufacturing to car users feel is the most direct and the surface. The industry will be noise, vibration and comfort abbreviation for NVH collectively referred to as the vehicle NVH issues the research vehicle.NVH characteristics must first be using CAE technology vehicle dynamics model has several mature theory and method. Vehicle NVH characteristics have become more and more attention by the manufacturers and customers, and how to carry out the NVH evaluation, diagnosis is crucial for solving NVH problems, it is also the benchmark in the product development process and product styling, design data isaccumulated important role.Key words:NVH; research method; evaluation criterion第一章绪论1.1 NVH简介汽车在使用一段时间之后，一些元件(如传动系的齿轮、联轴节、悬架中的橡胶衬套、制动器中的制动盘等)的磨损将对整车的NVH特性产生重要影响，它们的强度、可靠性和灵敏度分析是研究整车特性的重要工作，这也就是所谓高行驶里程下汽车NVH特性的研究。

振动声学解决方案1．概述ESI集团旗下的振动噪声系列解决方案是全球技术最领先、最完善的解决方案，包括全频段振动噪声模拟软件VA One，高频冲击响应分析软件SEA Shock，声学材料解决方案Foam-X/Nova。

2．全频段振动噪声模拟软件VA OneVA One是法国ESI集团于2005年推出的全频段振动噪声分析的模拟环境，代表着ESI集团在振动噪声模拟、分析和设计方面的最新技术，被业界专家评为振动噪声工程近二十年来最重大的突破。

VA One把有限元分析（FEA），边界元分析（BEM），统计能量分析（SEA）及其混合分析集中于一个易于进行模拟的环境。

同时，VA One提供有限元、边界元和统计能量分析一种严格的耦合形式，能够统一而可靠地进行全频谱范围的求解。

从2004年以来，汽车，航空和铁路领域的一些世界性企业参与了ESI集团的结构噪声共同体（SBNC- Structure-borne Noise Consortium）项目，对发展和验证VA One方案做出了重要的贡献。

联盟成员包括：空中客车德国部（Airbus Deutschland GmbH），波音商业飞机（Boeing Commercial Airplanes），庞巴迪运输（Bombardier Transportation），欧洲航空防务及航天公司研发中心（EADS CRC Research Centre GmbH），本田汽车（Honda Motor Co），三菱电机（Mitsubishi Motor Co），英国QinetiQ Ltd，立达汽车系统（Rieter Automotive Systems），大众汽车（Volkswagen AG）等。

VA One包含有一系列的内部求解器，从而可以满足对振动噪声分析的需要。

另外，这一工具软件还包括有与外部求解器的接口，以确保与目前振动噪声分析和设计过程的兼容性。

VA One具有很大的灵活性，可以让用户选择基于成本、时间和计算资源的最佳模拟方案。

瞬态统计能量分析法中动态响应误差分析瞬态统计能量分析法（Transient Statistical Energy Analysis，简称TSEA）是一种常用的动态响应分析方法。

它能够通过计算系统中的能量传递与损耗来分析系统的动态响应。

在响应分析中，误差分析是非常重要的一部分，本文将对TSEA中的动态响应误差进行分析。

TSEA是一种基于有限元法（FEM）和统计能量分析法（SEA）的方法，用于分析复杂、大规模的动态系统。

在TSEA中，系统的能量变化可以通过一个RLC电路网络来建模，该网络包含了所有与系统动态响应相关的传递路径和损耗路径。

根据能量传递和损耗路径的不同，TSEA将传递路径分为结构传递路径和压力传递路径，将损耗路径分为内部损耗路径和界面损耗路径。

在TSEA分析中，误差来源主要来自两方面：模型误差和计算误差。

模型误差是由于对系统建模时所做的假设和简化造成的误差。

例如，当将某个结构建模成一个均匀材料时，忽略了材料内部的复杂结构，从而可能导致模型误差。

计算误差是由于计算方法及其参数设置引起的误差。

例如，将时间步长设置过大可能会导致计算误差。

根据TSEA的特点，动态响应误差主要来自于模型误差。

因此，在进行TSEA分析之前，应仔细分析建模过程中的每一个假设和简化，并评估它们对分析结果的影响。

如果在建模和分析过程中遇到问题，就应该适时调整模型并重新进行分析。

另外，在进行TSEA分析时还需要注意计算误差。

计算误差的大小取决于所用的计算方法及其参数设置。

对于TSEA，计算误差主要来自于时间步长的设置和数值积分方法的选择。

如果时间步长过大，将导致计算结果的精度下降。

因此，在进行TSEA分析时，应该根据实际需要选择合适的时间步长，并考虑使用高精度数值积分方法，以提高计算结果的精度。

总之，在进行TSEA分析时，动态响应误差分析是非常重要的。

了解误差来源及其影响对于提高分析结果的精度和可靠性至关重要。

因此，在分析过程中应注意模型误差和计算误差，并加以控制和减小误差的影响，以获得更准确的分析结果。

关于复杂频声辐射精度方法目前,声振系统声辐射预测主要有两类方法:数值法(有限元、边界元、无限元等)和统计法(统计能量法、能量有限元法等)。

这两类方法有其各自的适用范围和局限性。

有限元分析在高频段计算时计算代价大,求解变得非常困难。

其次,基于能量的方法(如统计能量法(SEA)[1,2]),可以克服上述缺陷,但经典的统计能量法是建立在不相关激励、保守弱耦合、激励源不相干等假设下,特别是在中频段,统计能量分析面临模态密度不足导致不满足基本假设的问题,另外,如何获得实际结构的内损耗因子(DLF)和耦合损耗因子(CLF)一直没有完善的办法,从而使统计能量分析的应用受到极大限制。

近年来,在模糊结构理论基础上发展起来的混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法(以下简称混合法)[3~5],集合了有限元分析和统计能量分析的优点,为结构宽频振动响应分析提供了一种有效手段[4~6]。

然而,该方法目前仅应用梁、板等简单结构。

对于飞行器、水下航行器等运载工具来说,其典型结构为复杂圆柱结构。

已有大量研究针对该结构振动及声辐射的低频及高频计算,对于中频的结构响应计算也展开了一定的研究[8,9],但普遍计算精度不高,很难成为实际工程的参考。

本文中利用FE-SEA混合法,研究白噪声激励下该结构的声辐射特性。

混合法的使用改变了有限元法对模型大量节点自由度要求,仅需要少量自由度数目,大大降低了计算量。

并针对复杂结构的声辐射预测中,实际测量耦合损耗因子的方法费时、操作复杂的问题,采用有限元-边界元(FEM-BEM)方法计算辐射效率的方法来修正模型中板子系统与声腔子系统的耦合损耗因子。

从而解决了混合FESEA法中耦合损耗因子求解精度不高的问题,使得该方法成为一种计算高效、快速、准确且更符合实际结构响应的分析方法。

1混合法基本原理及耦合损耗因子修正方法混合方法混合法将计算低频的FE与计算高频的SEA结合起来,形成FE-SEA混合法。

该方法根据结构中传播的波是否反射将波场分成直接场和混响场,其中激励产生的波,即入射波,称为“直接场”;经一次以上反射的波的叠加,称为“混响场”。

车内中频噪声FE-SEA混合建模及分析方法车内中频噪声是指频率范围在100 Hz到10 kHz之间的噪声，主要来源于引擎、变速箱和底盘。

为了减少车内中频噪声对人体健康的影响，需要采用建模和分析方法来预测和优化车内中频噪声水平，其中FE-SEA混合建模及分析方法是一种有效的方法。

FE-SEA混合建模技术是有限元和统计能量分析相结合的一种方法。

它通过将车辆结构分成有限元网格，并考虑分布在结构表面上的机械振动源的振幅、相位和入射角等参数，然后使用统计能量分析方法来估计噪声传递路径对车内声压水平的贡献。

具体来说，该方法可以分为以下步骤：1.有限元建模：对车辆结构进行有限元建模，将车辆结构分成小单元，每个单元的振动特性可以通过有限元分析进行计算。

2.机械振动源建模：将机械振动源视为点源，并估计其振幅、相位和入射角等参数。

3.传递路径建模：通过分析车辆结构的机械振动源和有限元模型中的弯曲、扭曲和屈挠等模态，确定声波传播路径以及各传递路径的贡献。

4.统计能量分析：将传递路径的声波能量汇总，并计算其对车内声压的贡献。

5.结果分析：对计算得到的结果进行分析，包括识别主要的车体振动模态和传递路径、确定主要噪声源和传递路径、分析各传递路径的贡献以及提出优化措施等。

FE-SEA混合建模技术具有以下优点：1.可以考虑模态交叉项对声压的贡献，以及车辆结构的频率响应特性。

2.能够较准确地预测车内噪声水平，为优化车辆结构提供指导。

3.可以在优化车辆结构前进行多种方案的评估，节省优化设计的时间和成本。

4.为了进一步提高该方法的预测精度，可以添加实测数据用于校准计算结果。

综上所述，FE-SEA混合建模及分析方法是一种有效的方法，可以对车内中频噪声进行预测和优化。

通过该方法，可以识别和定位主要的噪声源，确定主要传递路径，提供优化车辆结构的指导，从而提高行驶舒适性和充分保护人体健康。

FE-SEA混合建模技术在汽车行业中的应用非常广泛。

什么是NVH？NVH是指Noise(噪声)，Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度)。

由于以上三者在机械振动中是同时出现且密不可分，因此常把它们放在一起进行研究。

声振粗糙度是指噪声和振动的品质，是描述人体对振动和噪声的主观感觉，不能直接用客观测量方法来度量。

由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此有人称Harshness为不平顺性。

又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应，因此也有人称Harshness为冲击特性。

举个例子，当汽车通过接缝或凸包时将产生瞬态振动（Harshness），它包括冲击和缓冲两种感觉。

系统刚度越大，车身瞬态振动的幅值越大，冲击越严重，同时固有频率增加使振动衰减变快，缓冲的效果变好。

同时它还给出了利用多元回归模型得到的冲击和缓冲方面感觉等级的经验公式。

总的说来，声振粗糙度描述是振动和噪声共同产生的使人感到极度疲劳的感觉。

简单地讲，乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于汽车NVH特性研究的范畴，此外，还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题。

从NVH的观点来看，汽车是一个由激励源（发动机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系统和边接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。

汽车传动系统NVH特性研究是以汽车传动系统作为研究对象的，是属于于汽车整车NVH特性研究的子系统。

目前的研究来看，汽车传动系统NVH特性研究主要是研究由发动机作为一个激励源产生的或汽车处于某种工况下的传动系统NVH特性。

国外对动力传动系振动特性的研究起步较早，国外先进的汽车厂家从80年代以来已经将汽车结构的动态特性纳入产品开发的常规内容。

尤其是20世纪90年代以来，丰田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克莱斯勒（Chrysler）等大汽车公司的工程研究中心专门设立了NVH分部，集中处理汽车的噪声（Noise）、振动（Vibration）和来自路面接触冲击的噪声声振粗糙度（Harshness）。

20基金项目：海洋工程国家重点实验室（上海交通大学）开放课题资助项目（编号1605）作者简介：欧礼坚（1974-），男，博士。

研究方向：绿色船舶技术研究。

张自帆（1998-），男，主要从事船舶船体设计工作。

收稿日期：2020-07-22螺旋桨桨叶涡激振动引起机舱噪声的预报与分析欧礼坚1，张自帆2（1. 华南理工大学土木与交通学院，广州 510640；2. 友联船厂（蛇口）有限公司，深圳 518052）摘 要：螺旋桨高速转动时，随边产生周期性脱落旋涡，其频率接近叶片某一阶固有频率时会诱导叶片产生涡激共振。

对于电池推进新型船舶，螺旋桨涡激振动引起的舱室噪声属于主要噪声源。

为了提高新型船舶的绿色度和噪声舒适度，采用统计能量法对螺旋桨涡激振动产生的舱室噪声进行预报，并研究分析噪声治理措施，提出噪声治理优化设计方案。

螺旋桨桨叶涡激振动引起的舱室噪声预报方法和降噪治理措施，可供新型船舶减振降噪设计参考。

关键词：螺旋桨；涡激振动；舱室噪声中图分类号：U661.31 文献标识码：APrediction and Analysis of Engine Room Noise Caused by Vortex-Induced Vibration of Propeller BladeOU Lijian 1, ZHANG Zifan 2( 1. South China University of Technology, Guangzhou 510640; 2. Yiu Lian Dockyards (Shekou) Limited, Shenzhen 518052 )Abstract: When the propeller rotates at high speed, periodic shedding vortices are generated at the trailing edge, and when the frequency is close to a certain natural frequency of the blade, the blade will be induced to generate vortex-induced resonance. The cabin noise caused by propeller vortex-induced vibration is the main noise source for the new ships using electric propulsion. In order to improve the greenness and noise comfort of the new ships, the cabin noise caused by propeller vortex-induced vibration is predicted by the statistical energy analysis method, the noise control measures are studied and analyzed, and the optimal design scheme of noise control is proposed. The prediction method of cabin noise caused by propeller blade vortex-induced vibration and the control measures of noise reduction can be used as a reference for the design of vibration and noise reduction of the new ships.Key words: Propeller; V ortex-induced vibration; Cabin noise1 前言由于造船技术及社会总体经济水平的提高，人们对船舶的舒适性提出了更高的要求，船舶噪声成为其中重要的评判标准。

statistical energy analysis va one摘要：一、统计能量分析法简介1.统计能量分析法的定义2.应用领域及重要性二、统计能量分析法的基本原理1.系统离散化处理2.子系统能量传递假设3.简化系统的能量分析三、统计能量分析法的应用实例1.声学领域应用2.热力学领域应用3.电磁学领域应用四、总结与展望1.统计能量分析法在优化系统性能方面的贡献2.未来发展趋势和潜在应用领域正文：一、统计能量分析法简介统计能量分析法（Statistical Energy Analysis, SEA）是一种研究复杂物理系统中各组成部分之间能量传递和转换规律的数学方法。

这种方法通过对系统的结构进行离散化处理，将其划分为若干个子系统，并假设子系统之间能量传递是瞬时的，从而简化系统的能量分析。

统计能量分析法可以应用于多个领域，如声学、热力学、电磁学等，帮助我们更好地理解和优化复杂系统的性能。

二、统计能量分析法的基本原理统计能量分析法的基本原理包括以下几个方面：1.系统离散化处理：首先，将复杂系统划分为多个子系统，每个子系统具有独立的能量传递和转换特性。

这一步骤有助于简化系统的能量分析。

2.子系统能量传递假设：在统计能量分析法中，假设子系统之间的能量传递是瞬时的，即能量在子系统间的传递不受时间延迟的影响。

这一假设使能量分析更加简便。

3.简化系统的能量分析：在子系统能量传递假设的基础上，可以对系统的能量进行统计分析，从而得到各子系统间能量传递和转换的规律。

三、统计能量分析法的应用实例统计能量分析法在多个领域都有广泛应用，以下为几个典型的实例：1.声学领域应用：在声学领域，统计能量分析法可以用于研究室内声场分布、噪声传播等问题，从而优化声学设计，提高音响效果或降低噪声污染。

2.热力学领域应用：在热力学领域，统计能量分析法可以用于研究热传导、热对流等问题，有助于优化热管理系统设计，提高能源利用效率。

3.电磁学领域应用：在电磁学领域，统计能量分析法可以用于研究电磁波在复杂结构中的传播和散射特性，为无线通信、雷达系统等提供理论指导。

LMS公司的sysnoise软件是首家将边界元（BEM）应用到声学领域的商业软件。

一般来说用sysnoise基本上都是：通过结构的FEM得到结构表面的边界条件（振速、模态向量等），然后作为声场边界元的载荷输入条件，再用BEM 计算辐射声场。

也就是所谓的间接边界元（Indirect BEM）方法。

边界元的方法实际上也存在对高频信号处理能力的问题，基本上也只能做到500-1kHz左右。

sysnoise目前已经整合到LMS公司的整体CAE仿真解决方案b产品中了,如今其最新版本已出到了b Revision10。

对于中高频的声学问题，目前来说比较好的解决方法只有一种，也就是统计能量法（SEA, Statistical Energy Analysis）。

原理是从能量守恒的角度去进行分析，将整个模型分为若干个子系统，考虑到各个子系统内部的能量损耗因素，以及子系统之间耦合的能量损耗因素，形成一组能量守恒方程，来求解各个子系统的能量分布情况，而声能量的表征也就是要求解的声学响应。

但是统计能量法也有其缺点：无法对结构或声场的细节进行分析，因为它是基于能量及统计学的方法进行的，如果子空间太小，模态密度不够高，就符合不了统计方法的假设，结果也就不可信了。

LMS Virtual. Lab 软件的声学模块包括边界元法、有限元法无限元法技术，能够有效地模拟结构声学耦合现象，处理结构内部外部的辐射噪声问题，并无缝链接多种CAE软件，如ANSYS，MSC，NASTRAN与ABQAQUS等。

对结构声学的数值分析方法可以分为两大类：离散方法和能量方法。

能量方法主要是指统计能量分析（Statistical Energy Analysis(SEA)）和能量有限元法（Energy Finite Element Analysis(EFEA)）。

能量方法使用于中高频激励作用下模态密集结构振动与声的计算分析。

对中低频区的振动声辐射问题，通常采用单元离散方法。

汽车NVH特性研究综述XXX（桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004）摘要:汽车的NVH性能是汽车的重要性能之一。

NVH即是噪声Noise、振动Vibration和声振粗糙度Harshness 3个英文单词首字母的简写。

随着汽车市场竞争的日益激烈和人们对汽车性能的要求越来越高，汽车设计技术得到了飞快的发展。

消费者对汽车乘坐舒适性要求的不断提高，促使汽车设计工程师越来越重视在产品开发早期来分析预测车内噪声性能。

迄今为止，有限元方法（FEM）和边界元方法（BEM）在车内低频噪声分析预测与控制中的应用取得了巨大成功。

然而，这些方法并不适用于像汽车这样复杂声振系统的中高频噪声的分析研究。

随后，统计能量分析方法（SEA）便应运而生，它主要解决了汽车的中高频噪声问题，然后可利用防声材料来起到降噪的效果。

关键词：汽车NVH、噪声、统计能量分析、防声材料A Summary of Research on NVH Characteristics of AutomobileXXX(Guilin University of Electronic Technology ，Guilin 541004，China) Abstract: NVH is one of the important performance of the car. NVH is the shorthand of the initials of the three English words of Noise, Vibration and Harshness. As the mouth of the automobile market competition increasingly fierce and people are increasingly demanding on the properties of automobile, automobile design technology obtained fast development. Consumers to the requirement of vehicle ride comfort is increasing，automotive design engineers pay more and more attention to analyzing in-car noise performance early in product development. Finite element method (FEM) and boundary element method (BEM) have got great success in prediction and control of low-frequency interior noise so far. However, these methods can't be used to study the mid-high frequency problem of the complex acoustic-vibration system. After that, the statistical energy analysis method (SEA) arises.，it is mainly to solve the problem of the high frequency noise in the car, to play the effect of noise reduction by using acoustic materials.Keywords:Vehicle NVH，Noise，Statistical energy analysis method，Acoustic materials0 引言近年来，我国汽车工业正在快速发展，汽车保有量与日俱增，随之产生的汽车噪声污染问题也越发严重。

SEA 入门教程SEA1教程是对VA-One1中如何进行统计能量法的基本介绍，主要介绍了在VA-One如何建立一个简单的SEA模型，SEA2和SEA3教程是对统计能量法在VA-One中的应用的进一步介绍。

SEA1教程需要的LICENSE: SEA包含的主要内容： 1、软件的启动；2、节点的建立；3、模型视图的控制；4、平板模型的建立；5、模型的自动连接；6、在模型上施加点力载荷；7、模型的计算；8、图形显示计算结果。

1、启动软件2、生成节点在VA-One中有5种生成节点的方法：1、通过CAD和FEA几何模型文件导入；2、通过3D窗口的节点创立图标创立；3、在BROUSE窗口中手动建立节点；4、在3D窗口中复制、张贴节点；5、在BROUSE窗口中复制、张贴建立节点。

本例是采用在BROUSE窗口中手动建立节点。

提示：可以通过General tab of the Preferences dialog (Edit > Preferences!)修改图标的大小。

3、模型显示的控制-通过单击3D（browse）window 激活,通过选择菜单view-New 3D window or windows 3D 激活。

-滑动滑块调整3D窗口模型的显示大小。

-为了显示3D窗口中的节点，Unreferenced Nodes 选项必须选择。

-3D Modeling Toolbar可以用来对目标进行移动、选择操作等，鼠标滚轮也具有放大、缩小功能。

在3D窗口中做如下演示：选择一个视图；旋转、移动、缩放目标；演示3D控制面板功能；通过选择Node Labels选项显示节点编号。

-可以使用3D控制面板的P滑块调整节点的大小。

-可以通过Preference对话框(Edit > Preferences!)调节数字编号的大小。

4、建立PLATE子系统-在建模工具栏通过左键选择Create Plate按钮，它会加亮显示。

然后通过鼠标左键选择节点，可以通过鼠标右键取消选择节点（按住SHIFT键，然后左键选择节点可以取消单个节点的选择）。