Hệ thống Web được phát triển trên nền Joomla 3.xx bởi Đinh Quyết Đào tạo ANSYS, Đào tạo Cơ khí, Đào tạo SolidWorks Đinh Văn Quyết Học SolidWorks Monmin đồ chơi an toàn đồ chơi giáo dục Đồ chơi tự kỷ Giáo dục sớm Montessori MONMIN Mấu leo núi Xà đu đa năng Đồ chơi tự kỷ< a href="https://www.monmin.net/">Giáo dục sớm Montessori

Tiếng ồn khí động và kính xe ô tô

Tại Corning, các kỹ sư kết hợp phân tích khí động học và âm học – rung động (vibro-acoustic) trong ANSYS Workbench để xác định cách lắp kính như thế nào để có thể giúp kiểm soát tiếng ồn bên trong.

Các nghiên cứu gần đây của J.D. Power về sự tin cậy các dòng xe của Mỹ [1] đã báo cáo rằng tiếng ồn quá mức của gió là một trong những vấn đề hàng đầu mà các chủ xe thường gặp phải. Tùy thuộc vào nơi tiếng ồn bên ngoài rơi vào phổ tần số, người lái xe có thể cảm nhận được tiếng ồn từ 40 decibel hay dB đến 80 dB.Để giúp giảm thiểu vấn đề này, các kỹ sư tại Corning đã nghiên cứu cơ chế vật lý mà từ đó gió bên ngoài chuyển thành tiếng ồn của cabin.

Ở tốc độ đường cao tốc, không khí xung quanh một chiếc xe bị làm nhiễu loạn bởi mặt trước của xe, cột A (kết cấu đỡ kính chắn gió) và gương chiếu hậu. Điều này dẫn đến dòng chảy rối gây ra biến động trường áp suất không khí trên bề mặt bên ngoài của xe. Những thay đổi áp suất này làm cho kính (kính chắn gió và kính cửa sổ khác) rung lên, do đó kích thích không khí trong cabin và tạo ra một số tiếng ồn bên trong.

Một nguyên nhân chính của tiếng ồn bên trong xe là gió trên phần còn lại của các bề mặt ô tô được truyền qua các bộ phận ô tô đến cabin (tiếng ồn sườn). Ngoài ra, âm thanh được tạo ra bởi lốp xe tiếp xúc với đường và do hoạt động của các hệ thống cơ khí của ô tô cũng góp phần gây ra tiếng ồn của cabin.Các kỹ sư của Corning muốn xác định bề mặt kính nào là đường đi quan trọng nhất cho việc truyền tiếng ồn bằng kính, và liệu vật liệu thủy tinh có trọng lượng nhẹ hơn sẽ có tác động hay không. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp mô phỏng được gọi là khí động – rung động – âm học tất định (Deterministic Aero-Vibro-Acoustics - DAVA) bằng cách sử dụng các công cụ phân tích kết cấu trúc và chất lưu trong ANSYS Workbench.

Quá trình DAVA bắt đầu với một hình học đơn giản của một chiếc xe thể thao tiện dụng phổ biến của Mỹ để giảm chi phí chia lưới và tính toán tổng thể. Do nghiên cứu tập trung vào việc truyền âm thanh qua kính, các tính năng chi tiết của xe trong các vùng xung quanh kính - như gương và cột A - được duy trì, trong khi các khu vực xung quanh cản và lốp được mô hình hóa ít chi tiết hơn.

Lợi dụng tính đối xứng, các kỹ sư đã sử dụng khả năng chia lưới ANSYS CFD để tạo ra một mạng lưới tính toán động lực học (CFD) của 55 triệu phần tử lõi lục diện (hexcore) để mô hình hóa miền chất lỏng xung quanh một nửa hình dạng xe. Kích thước của miền tính toán được chọn sao cho hiện tượng xoáy lan tỏa (vortex shedding), chia tách dòng chảy và tái gắn (reattachment) có thể nắm bắt được.

Mô hình tiếng ồn gió đầy đủ của xe minh họa sự kết hợp của mô hình khí động học với mô hình âm thanh – rung động (vibro-acoustic) được sử dụng trong phương pháp DAVA.

Sự tạo thành tiếng ồn

Khi lưới đã hoàn thành, nhóm kỹ thuật của Corning đã sử dụng bộ giải ANSYS Fluent để mô phỏng dòng chảy rối theo thời gian (transient) trong miền tính toán.

Để dự đoán các xoáy được tạo ra bởi luồng không khí 80 dặm / giờ trên xe, các kỹ sư đã chọn sử dụng mô hình mô phỏng xoáy (DES) tách rời. DES là một công thức lai chuyển đổi giữa giải pháp Navier-Stokes (RANS) trung bình tiêu chuẩn Reynolds và mô hình hóa rối lớn (LES) dựa trên độ phân giải lưới và khoảng cách từ tường.

LES là tính toán tốn kém hơn, và được sử dụng trong miền thô hơn ở xa chiếc xe, trong khi RANS được sử dụng để giải các khu vực được giải quyết tốt hơn ở các biên tường. Nhóm nghiên cứu đã chạy mô hình DES cho 10.000 bước thời gian để mô phỏng 0,5 giây dòng chảy rối thực tế. Một bước thời gian nhỏ như vậy là cần thiết vì nhóm nghiên cứu cần phải giải quyết tần số lên tới 5 kHz để che phủ phạm vi rộng của tiếng ồn trong không khí.

Các vùng lan tỏa xoáy (Vortex shedding) chính từ trường dòng chảy rối bằng cách sử dụng Q-criterion, được hiển thị màu bởi cường độ vận tốc

Chuyển tiếp tiêu chuẩn

Chuyển tiếp mượt

Đường đồng mức của SPL bên ngoài ở 125 Hz trên kính chắn gió (bên trái) và cửa sổ bên (bên phải) để chuyển tiếp tiêu chuẩn và mượt. Quá trình chuyển đổi tiêu chuẩn hiển thị các giá trị SPL cao hơn tại các mặt của kính chắn gió và cửa sổ phía trước.

Phân tích CFD ban đầu cho thấy các giá trị mức áp âm (SPL) bên ngoài lớn hơn ở các góc dưới của kính chắn gió và trên các cửa sổ phía trước khi so sánh với phần còn lại của kính. Trong một thiết kế kính chắn gió tiêu chuẩn, thường có một gián đoạn nhỏ bề mặt kính và cột A, nơi cạnh của kính trải dài dưới cột. Mô hình xe cơ bản của nhóm được coi là một thiết kế với 5 mm của chuyển tiếp tiêu chuẩn (under-flush), họ so sánh mô hình này với một thiết kế đã được sửa đổi với một chuyển đổi mượt hơn (no under-flush) giữa kính chắn gió và cột A.

Các dự đoán của thiết kế được hiệu chỉnh cho thấy giảm tiếng ồn bên ngoài lên đến 5 dB trên các cửa sổ phía trước. Ngoài hình dáng bên ngoài được sửa đổi, nhóm nghiên cứu đã chạy mô phỏng hai lần ở tốc độ dòng khí 60 dặm/giờ và 30 dặm/giờ. Đúng như dự đoán, tiếng ồn gió ngoài đã giảm khi tốc độ xe giảm.

Truyền dẫn và lan truyền tiếng ồn

Với các dự đoán SPL bên ngoài đã biết khá rõ, nhóm Corning đã sử dụng chúng làm đầu vào trong ANSYS Mechanical cho phân tích âm học – rung động. Các kỹ sư ánh xạ áp suất lên các bề mặt của thân xe để hoạt động như các kích thích bên ngoài. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một lưới riêng biệt cho ranh giới cabin và bên trong chiếc xe, với các bề mặt kính được chia sẻ bởi các hình dáng bên ngoài và bên trong. Các hình dáng bên trong cũng bao gồm các cơ quan kết cấu trúc cho các chỗ ngồi, bảng điều khiển, hộp số và vô lăng để hấp thụ và phản xạ sóng âm tốt hơn.

Ban đầu, các kỹ sư cân nhắc kính chắn gió và cửa sổ phía trước bao gồm hai lớp kính soda đá vôi (SLG) ép cùng với nhựa polyvinyl butyral, và vật liệu SLG nguyên khối cho tất cả các kính xe khác. Ở tần số quan tâm thông thường (1 kHz), mô phỏng đáp ứng điều hòa dự đoán rằng SPL sẽ cao hơn ở đầu phía trước của xe, với hầu hết tiếng ồn phát ra từ kính chắn gió và cửa sổ phía trước.

Thời gian mô phỏng kết hợp cho phân tích ANSYS Mechanical là 300 giờ CPU trong phạm vi 21 tần số lấy mẫu.

Hình học bên trong cabin

Kết cấu trúc bên trong cabin

Khi xác nhận kết quả của họ, nhóm nghiên cứu đã thu thập các phép đo SPL từ một đường hầm gió bằng cách sử dụng một micrô đặt tại vị trí tai của người lái xe trong một xe thử nghiệm. Tuy nhiên, vì các phép đo đường hầm gió là của tổng SPL bên trong, nhóm nghiên cứu cũng cần thông tin về tiếng ồn sườn bên cạnh tiếng ồn kính. Họ có thể bỏ tiếng ồn từ lốp xe và hệ thống cơ khí cho SPL trong nghiên cứu này vì xe thử nghiệm không hoạt động.

Để giải thích cho tiếng ồn sườn, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một thử nghiệm đường hầm gió riêng biệt với tất cả các bề mặt kính được che chắn và sau đó rút ra tổng SPL bên trong. Nhìn chung, có một sự thống nhất rất tuyệt vời giữa các kết quả mô phỏng và dữ liệu SPL thử nghiệm về cả xu hướng và cường độ.

Là một thử nghiệm bổ sung, Corning phân tích điều gì sẽ xảy ra nếu kính chắn gió và cửa sổ phía trước sử dụng một laminate hybrid trọng lượng nhẹ hơn, với lớp SLG bên trong được thay thế bằng một lớp vật liệu kính Gorilla® mỏng hơn. Mặc dù các mô phỏng cho thấy một sự bất lợi về mặt âm thanh khi nghiên cứu tiếng ồn kính, nhóm nghiên cứu đánh giá hiệu ứng tổng thể là tối thiểu vì tiếng ồn sườn là là nguồn chi phối khi xe đi với tốc độ đường cao tốc.

Đối với cả hai vật liệu laminate thủy tinh SLG-SLG và SLG – Gorilla, sử dụng sự chuyển đổi trơn tru từ kính chắn gió sang cột A so với quá trình chuyển đổi chuẩn đã làm giảm SPL cabin cảm nhận cho tiếng ồn bên ngoài tần số thấp hơn (dưới 500 Hz).Vào cuối của quá trình, nhóm Corning đã phát triển một mô hình giúp phân tích hiệu quả để nghiên cứu việc toàn bộ về sự tạo thành và truyền tiếng ồn của xe.

Với những kết quả ban đầu này, nhóm nghiên cứu ước tính rằng họ sẽ có thể thấy sự cải thiện hợp lý từ 30 đến 50% về hiệu quả của quá trình thiết kế và đánh giá, dẫn đến mức tiết kiệm chi phí tương tự.. Mặc dù các thiết kế xe khác nhau có thể cho thấy mức độ quan trọng khác nhau đối với đường dẫn truyền tiếng ồn, nhưng phương pháp đánh giá chung của DAVA này cho phép nhà thiết kế tập trung vào việc lắp kính quan trọng nhất và tối ưu hóa thiết kế.

Mặt cắt ngang

Hình ảnh 3D

Mức áp âm cabin ở 1 kHz với màu đỏ và cam thể hiện giá trị cao nhất

Không có tiếng ồn sườn

Có tiếng ồn sườn

Dự đoán các mức áp âm trong trên một loạt các tần số so sánh SLG-SLG với vật liệu kính tấm mỏng SLG-Gorilla. Bởi vì tiếng ồn sườn là tiếng ồn chính khi xe đi với tốc độ cao, sự khác biệt là tối thiểu.

So sánh các dự đoán của phương pháp DAVA với dữ liệu đường hầm gió ở các tần số nhiễu khác nhau, cho thấy rất thống nhất trong cả xu hướng và cường độ đối với cabin SPL

Các bài viết cùng chủ đề :

  • Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô
  • Giảm thiểu thiệt hại khi sét đánh vào xe ô tô
  • --------------------------------------------------------------------------------

    Nguồn : ansys.com

    Trích dẫn

    [1] J.D. Power. jdpower.com/cars/articles/jd-powerstudies/ vehicle-dependability-study-top-10-problems-3-year-oldvehicles (01/11/2018)

    [2] Yu, C., Automotive Wind Noise Prediction using Deterministic Aero-Vibro-Acoustics Method, 23rd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA AVIATION Forum, (AIAA 2017-3206).

    Lược dịch : - Nguyễn Thị Kim Thỏa - .

    Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

    Các Giải Pháp
    • Prev
    Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô
    Giải pháp mô phỏng phổ đáp ứng
    Giải pháp tính toán độ ồn sinh ra trong các thiết bị
    Giải pháp mô phỏng khí động đàn hồi cầu treo dây võng
    Mô phỏng đáp ứng điều hòa của kết cấu (Harmonic Response)
    Mô phỏng các đặc trưng rung động tự nhiên của kết cấu

    TUYỂN DỤNG

    LIÊN HỆ

    VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
    C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
    Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
    Email: info@advantech.vn

    HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
    Email: support@advantech.vn

    Họ tên
    E-Mail