3 隔音垫SEA仿真
3.1 平直钢板隔音量仿真
采用FEM和SEA混合建模及仿真分析方法进行隔音垫的隔声量仿真分析。通过有限元计算得到平直钢板件50-lOOOHz的模态位移结果,并导入到声学包仿真计算软件中进行子系统自动划分。这样较低频部分的隔声量可以通过结构共振模态支配,能够更加精确的计算得到该频率段的隔声量值。
由于该板件厚度和尺寸均匀,因此整块板件模态密度一致,将其划分为一个子系统即可。同时根据小隔声窗的尺寸和特性模拟构建半消声室声腔子系统和混响室子系统,并与钢板进行子系统的连接。消声室、混响室、钢板件的子系统连接SEA模型如图8所示。
图8 子系统连接SEA模型
子系统划分完成后,通过进行子系统的仿真模态密度与理论计算模态密度以及波数对比、确定子系统尺寸及划分方法的合理性。子系统模态密度理论计算公式为:
其中S表示子系统面积,CL表示子系统中的纵向波速度,t表示子系统厚度。
仿真计算和理论计算的模态密度(1/3倍频程)对比曲线如图9、10所示。
通过模态密度曲线对比可以看出,在有限元计算频率范围内(50-1000Hz),仿真计算结果曲线在理论公式计算结果附近波动;而在多尺度虚拟SEA频率范围内,仿真计算结果与理论计算结果几乎重合,验证了子系统划分和尺寸划分的准确性。
同时通过对子系统划分性能评价参数曲线也可以评判子系统划分的合理性,评价参数曲线如下图11所示。
其中最重要的是s/s这个参数。通过查看三条曲线,选取曲线突变下降处频率为过渡频率的截止频率,起始频率选取这个截止频率之前最接近的三分之一倍频程中心频率。也就是说在该三分之一频段内,只有这一段是可以用来创建子系统的,其后面的频率段因为没有完全计算到后面的Fmax而无法得到准确的模态信息而不可用。
由于在进行小隔声窗隔音试验时,未单独进行参考钢板本身的隔声量试验,钢板的隔声量仿真分析结果同板件理论隔声量结果进行了对比,由于板件是比较规则的平直钢板,因此仿真结果与理论结果的对比吻合度可以很好地反映仿真建模的精确度。单壁板隔声量理论公式如下所示。
其中m表示板件面密度,f表示频率。
二者对比结果如图12所示。可以看出,无论是在较低频率范围,还是在中高频范围,仿真隔声量与理论隔声量吻合度很好,验证了钢板隔音量仿真模型精确性。
图12 钢板仿真与理论隔声量对比曲线