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1.1 LMS三维仿真

LMS三维仿真解决方案可以捕捉并模拟开发中产品的实际性能。我们充分利用CAD捕捉真实的几何体。与物理测试紧密联系可使您利用真实的模型与载荷。将非线性求解方法完全融入声学与运动学,使您能够准确地对真实的机械结构性能进行仿真。我们的三维仿真软件以LMS Virtual.Lab和LMS Samtech软件系列为基础,可以快速求解并掌握软件。

1.1.1 LMS Virtual.Lab Acoustics声学仿真

您的用户期待更安静的产品吗?您的竞争对手将声音品质作为其竞争优势吗?日趋严格的噪声排放法规对您的产品销售有影响吗?您是否希望减少花在预测声场上的时间,或者削减数周花在复杂工作上的时间,例如发动机升速?过去,由于成本和时间限制,参数化分析和设计改进根本不可行。唯一的做法是在开发末期使用昂贵的技术进行弥补,然而此时已经失去了所有的设计灵活性。现在,LMS Virtual.Lab Acooustics声学仿真解决方案可以帮助您轻松应对这些挑战。


通过LMS Virtual.Lab Acoustics 进行声学仿真可以帮助您在一小时内完成声学网格划分和模型修改,在一天内完成声学响应分析。 您将能够在设计阶段早期做出正确的决策,系统性地改善和优化产品的声学性能。


通过将LMS Sysnoise 技术融合到 LMS Virtual.Lab Acoustics中,我们利用虚拟模型创建了全球首个重头至尾的声学性能工程设计环境。 LMS Virtual.Lab Acoustics声学仿真解决方案既能够覆盖常规应用,例如结构噪声辐射和空腔声场仿真,也可以提供针对专业声学工程问题的专业解决方案,包括发动机升速、流体噪声和随机声学载荷。

声学有限元

LMS Virtual.Lab Finite Element Acoustics 提供了一种高级声学分析方法,可用于预测和改进各种系统的噪声和声音性能。 使用有限元方法 (FEM),您可以对传播区域进行建模。 通过此模块,您可以对声学区域进行详细的建模(例如考虑温度梯度导致的流体密度变化,或模型中含有多个流体属性)


声学有限元是解决封闭问题的首选方法,它会明确限定要划分网格的区域。此外,声学有限元包含许多高级技术,能让您创建一个简化的有限元网格,以便有效执行辐射声学仿真,而不必对整个传播区域进行建模,例如:

• 完美匹配层方法(PML)

• 自动完美匹配层方法(AML),一种完全自动的 PML 方法


FEM 能够处理完全耦合的振动声学仿真,充分考虑结构和流体之间的相互作用。 当结构接触重流体(例如潜艇)时,或在内场声学中空腔模态与结构存在相互作用时,轻型结构(例如扬声器振膜)中经常出现结构声学耦合现象。

您可以利用有限元声学,在时域和频域执行声学仿真。当您需要考虑涡轮机中的温度场和流体效应,或消音器中的吸声材料时,使用FEM 也是非常合适的选择。


有限元声学采用自适应阶次有限元技术(FEMAO)。 通过该技术,您可以在整个频率范围内使用一个网格,减少所需的单元数量,从而将有限元方法 计算速度提升一个数量级。


此外,也可以使用高级有限元解算器,比如直接MUMPS 解算器和迭代 Krylov 解算器,它们均可大幅提升计算速度。

声学有限元的功能

声学有限元可为您提供以下功能:

• 用于解决辐射噪声问题的完美匹配层(PML) 和自动完美匹配层技术(AML)

• 自适应阶次声学有限元

• 完备的振动声学耦合

• 二维曲线与三维云图查看:SPL(声压级)、ISO 3744 声功率、RMS(均方根)、dB 加权、(1/3) 倍频程、TL(传递损失)

• 直接MUMPS 求解器、迭代 Krylov 求解器、并行计算(实现最佳解算器速度)

• 温度场、体积耗散、流动效应

声学有限元的优点

声学有限元可以帮助您:

• 考虑多种材料属性

• 执行快速计算

• 考虑温度场、流动效应等因素,快速找出噪声问题的根源

• 准确地预测声学性能,并将设计风险降到最低

声学边界元

LMS Virtual.Lab Boundary Element Acoustics 是一种声学仿真工具,可预测和改进众多系统的噪声和声音性能。 采用直接模型和嵌入式求解器技术,您能够快速、轻松地获得结果,同时保证精确度。


边界元方法(BEM) 能够有效地将复杂的三维模型简化为二维平面模型。 在结构系统中,只有振动或散射声音的表面区域需要建模。 边界元模型的尺寸通常只限于几万个单元,相对更小、更易于创建、检查和处理。 这些简化的 边界元 模型可以在更短的时间内得出结果,帮助您快速评估设计的声学性能。


利用边界元方法,您能够准确地对结构声学耦合现象进行建模,这些现象通常发生在轻型结构上(例如扬声器振膜),或者发生在结构接触到重流体时(例如潜艇)。边界元具有一系列广泛的应用,例如电子或家用设备的声音质量、发动机辐射噪声等等,并且尤其适合处理外部辐射噪声问题。此解决方案可以与其他CAE软件一起运行,并且能无缝链接到 Abaqus®、Ansys®、I-deas、Nastran® 和 Permas®。 边界元声学是标准和专业化应用的理想起点。

声学边界元的功能

• 声学边界元可为您提供以下功能:

• 间接和直接边界元方法

• 完备的振动声学耦合

• 二维曲线和三维云图查看:声压映射、SPL、ISO 3744 声功率、RMS、dB 加权、(1/3) 倍频程

• 表面吸收面板

• 边界条件,包括表面振动及压力和声源

• 不兼容的结构和声学网格之间的高效映射

边界元分析的优点

边界元分析可以帮助您:

• 通过最小的工作量建模,即可查找噪声问题的根源

• 准确地预测声学性能,并将设计风险降到最低

• 利用网格粗化和高速BEM选项加速开发流程

快速多极声学边界元

快速多极声学边界元方法(BEM)专门用来处理超大规模 BEM 问题,是对现有 BEM 技术的完美补充。 传统 BEM 解算器可以高效处理多达 20,000 个节点的 BEM 模型,而 LMS Virtual.Lab 快速多极声学边界元能够处理超过一百万个节点。 如此一来,更高频、更大问题便可以得到有效解决,从而使得 BEM 方法的应用范围大为扩展。


快速多极声学边界元利用高速迭代技术以及基于多极扩展和多级分层单元子结构化的复杂算法求解BEM 方程。 该模块不是直接解算整个模型,而是自动将模型拆分成若干子区域,然后再对这些子区域进行反复拆分。 总计算时间与 BEM 模型的节点数呈准线性关系,因此,该计算所需的内存比起标准 BEM 分析大幅减少。 模型可在 Windows® PC、多 CPU 集群和分布式系统上运行。


利用这项BEM 技术,大型模型运行速度大大加快,一系列全新的应用也得以实现,包括研究频率高达几千赫兹的整车、飞机、船舶、潜艇、大型发动机(含外壳)、涡轮机等等的外部声学问题。

快速多极声学边界元的功能

快速多极声学边界元可为您提供以下功能:

• 声源、振动边界条件和阻抗边界条件

• 具有多极扩展和高效预处理的迭代求解器

• 在并行系统上完全可扩展

快速多极声学边界元的优点

快速多极声学边界元可帮助您:

• 解决单元数超百万的超大型BEM 问题

• 更快的计算大型BEM 模型,弥补了标准 BEM的缺陷

• 缩短声学前处理时间(网格要求不那么严格)

• 大幅扩大分析的频率范围

• 大幅扩大分析的频率范围

时域BEM (TDBEM)

LMS Virtual.Lab Time-Domain Boundary Element Method (TDBEM) 求解器非常适合处理短时激励信号的声辐射问题。 激励可以在时域中以声源的形式定义,也可以通过在边界施加振动的方式定义。 这种时变振动可以通过用户函数定义,或者可以从振动测试或外部结构有限元分析 (FEA) 软件导入。


时域求解器也支持根据结构模态计算瞬态结构响应,并重新将振动响应用作边界条件,从而解决声辐射问题。声阻尼可以通过表面阻抗边界条件引入。


这一革命性的TDBEM 技术经过了 10 年的发展,并在众多应用中得到了充分验证。 TDBEM 解算器不仅可以让您深入了解声源辐射在时域中的传播情况,还支持在标准个人计算机上求解超大型模型。


时域边界元功能

时域边界元可为您提供以下功能:

• 时域中的间接边界元方法

• 声源、振动边界条件(如果需要,还提供启动平滑系数)和阻抗边界条件

• 快速解算器技术包含矩阵装配、核内和核外求解器的解决方案,以及多线程处理

• 在场内任意位置进行的场点后处理

• 结构和声学模型的响应均在时域进行计算

时域边界元的优点

时域边界元可以帮助您:

• 使用一个非常高效、快速的求解器

• 在时域内执行符合实际情况的仿真

• 通过大量的后处理,深入了解在时域中定义的声学问题

• 处理大型模型

有限元声振耦合求解器

借助LMS Virtual.Lab有限元声振耦合求解器,LMS Virtual.Lab Acoustics可帮助您计算结构模态、结构响应和振动声学响应。


模态计算可以将包含许多物理自由度(DOF) 的模型转换为带有一套缩减的模态自由度 的结构模态模型,从而显著缩小问题规模。 您可以使用有限元声振耦合求解器计算模态,随后可在任何基于模态的振动声学分析中使用。


在有局部阻尼的情况下,或者当部分结构具有频变属性时,使用物理坐标下的的直接方法比模态方法更准确。


在单向弱耦合情况下,可以首先计算直接结构响应,并将结果用作边界条件,从而解决随后的声学问题。在强耦合情况下则会构建完整振动声学模型(包括耦合条件),并同时计算结构和声学结果。一些应用要求使用直接振动声学耦合方法,这些应用包括门的传递损耗、多层挡风玻璃、塑料进气系统和燃油管路响应。

LMS Virtual.Lab有限元声振耦合求解器功能

有限元声振耦合求解器可为您提供以下功能:

• 模态求解器和直接求解器

• 含有大量一维、二维和三维有限元的结构单元库

• 一系列丰富的材料和属性选项,包括复合材料和频变弹性材料

• 为响应选择所需的任意物理和函数类型

LMS Virtual.Lab有限元声振耦合求解器的优点

有限元声振耦合解算器可以帮助您:

• 充分结合集成的振动声学分析

• 利用高性能求解器

• 实现极高的模型精确度

• 通过大量的LMS Virtual.Lab 后处理,深入了解得到的结果

声线法

人类最高可以听到18 kHz 左右的声音。 使用传统有限元方法 (FEM) 和边界元方法 (BEM)时,对这么高的频率范围开展声学仿真并不是很容易,因为这时涉及到的模型尺寸太大,无法高效地处理。 LMS Virtual.Lab Ray Acoustics能够针对这些高频声学问题进行精确的声学分析。


声线法以几何声学为基础,通过射线追踪的方式在时域内执行声学仿真,这意味着,您可以“跟踪”在系统周围传播、反射和散射的声音射线。 声线法特别适合解决高频率的大型声学问题,例如汽车、火车或飞机舱。


射线声学求解器可以自动处理复杂的叠加问题,例如来自不同表面的多个反射的叠加。结果能以多种方式显示— 从 1/3 倍频程谱和回响图到声压级 (SPL)云图 和多种声品质指标。 例如,您可以使用双耳回放听到有 25 个扬声器的车载音频系统的音响效果。

声线法的功能

声线法可为您提供以下功能:

• 具有漫射/镜面反射和复杂阻抗/导纳特点的吸声面板

• 相干/不相干声源

• 声源指向性

• 声源和响应点间的衍射

• 基于声学传递向量(ATV) 技术的振动结构辐射

• 针对相干声源的窄带分析

• 大量单耳和双耳声品质指标列表(SPL、STI、Clarity、IACC 等)

• 基于头部相关传递函数库(HRTF)的双耳合成

声线法的优点

声线法可以帮助您:

• 定位远场中的完整频率范围

• 支持声音回放

• 使用超大型高效解算器

• 无需创建详细网格

• 与BEM/FEM 相结合,执行精确的声源建模

气动声学建模

为应对气动声学仿真挑战,LMS Virtual.Lab Aero-Acoustic Modeling 与边界元方法 (BEM) 和有限元方法 (FEM) 技术相结合,可帮助您精确预测和解决流体噪声问题,包括:

• 电器中的风扇噪声(散热风扇和推进风扇)

• 飞机中的湍流噪声

• HAVC、进气和排气系统中的湍流噪声

• 风噪声


气动声学建模使用基于气动声学类比的方法。气动声学建模使用任意流体力学(CFD) 工具计算出的结果,得到等效的气动声源,并支持 CGNS接口。 随后可以采用 BEM 或 FEM 技术,使用这些气动声源计算所产生的辐射或散射噪声。

气动声学建模的功能

气动声学建模可为您提供以下功能:

• 采用通用CGNS 格式,为商用 CFD 软件(Fluent、CFX、Powerflow、StarCCM、Skryu/Tetra、CFD++ 等等)提供一个直接接口

• 采用守恒的映射方法,缩短计算时间并保持高精确度

• 气动声源,包括表面偶极子声源、扇声源和体积四极子声源

气动声学建模的优点

气动声学建模可帮助您:

• 通过最少的建模工作量,即可查找流体噪声问题的根源

• 研究安装效应(例如管道形状和散射面)和远场声传播

• 分析设计变更(例如叶片间距和旋转速度)和隔音措施对辐射噪声的影响

声学选项

LMS Virtual.Lab Acoustics 提供了若干声学选项,可帮助您满足特定的声学仿真分析需求,在全局流程中集成声学求解器,极大地加快处理速度,同时保证高精确度。


LMS Virtual.Lab Acoustics选项包括:


• 先进的技术以打造更快、更精确的解决方案

• 将LMS Virtual.Lab Acoustics 融入更大的 CAE 流程所需的选项,这些选项是对标准软件包的补充,可以提供模型创建或修改工具,或者提供更精确的载荷。

LMS Virtual.Lab ATV

ATV 是一种用来建立和驱动声学 有限元(BEM) 或 边界元(FEM) 模型的求解器,并可以计算和存储声学传递矢量 (ATV)。 您可以将这些 ATV 与振动响应仿真结果结合在一起,高效计算从振动表面辐射的噪声。 使用 ATV 工具,您可以快速仿真多种载荷条件下的噪声特征,并在 LMS Virtual.Lab Acoustics 中分析仿真结果。

LMS Virtual.Lab HPC Extension for Acoustics

HPC Extension for Acoustics 模块支持使用多处理器执行高性能计算,您可使用各种配置的并行硬件,加快声学 FEM 或 BEM 计算。 频率级、区域级和矩阵级并行处理策略均可以使用。 在 LMS Virtual.Lab Desktop 中建立声学 FEM 或 BEM 模型,并通过将相关的 LMS Virtual.Lab Acoustics 求解器与多处理器并行扩展配合使用。 并行计算得到的文件与单 CPU 解算器类似,并可以常规方式在 LMS Virtual.Lab 中进行后处理。

LMS Virtual.Lab Modification Prediction

使用修改预测模块,您可以快速分析已修改的结构设计,并仿真大量设计方案的声学性能。此模块会将设计修改应用到结构模态,并评估结构变化对总体噪声性能的影响,同时又不会重新求解整个结构或声学方程。

LMS Virtual.Lab Load Identification Analysis

载荷识别分析模块会从工作测量开始,计算系统的工作结构作用力。相关计算可使用悬置刚度直接进行,使用传递函数矩阵逆推,或者同时使用这两种方式。逆推法也适用于根据工作声压和声学传递函数计算声学载荷。

LMS Virtual.Lab Random Vibro-Acoustic Analysis

随机振动声学分析会对弹性结构在受到随机声学激励或机械激励时的响应进行建模,例如火箭结构在发射过程中的压力载荷,或者飞机机身上的边界层效应。在主分量分析(PCA) 中,我们会运用不同的方法,包括激励信号的奇异值分解 (SVD)。

LMS Virtual.Lab H-Matrix BEM

H-Matrix(分层矩阵)BEM求解器能让您求解声辐射问题。 H-Matrix BEM 可以高效地处理大中型边界元模型,这些模型使用标准 BEM 解算并不现实,而且又因为规模不够大,不能有效的使用快速多极方法。 H-Matrix BEM 是对上述两种方法的完善,从而能够极其高效地处理整个频带范围。

NX Nastran for Acoustics

NX Nastran for Acoustics 解算器包括一套鲁棒性强的 FEM 解决方案,可与 LMS Virtual.Lab Acoustics 协同运行。 NX Nastran for Acoustics的输入模型可以在 LMS Virtual.Lab Acoustics 中创建。 接下来便可将 NX Nastran for Acoustics 计算的动态响应结果与 Virtual.Lab Acoustics 一起使用。 您可以通过 NX Nastran for Acoustics 访问众多有限元类型和材料模型库,稳健地处理载荷工况,以及获得线性静态学、模态和频率响应分析的若干高效的解算序列。

LMS Virtual.Lab Fast Trim

快速内饰模块使您能够从吸收和传播角度,评估多层材料的声学性能。多吸声层一般会应用到基础结构,其结果用与频率相关的复传递导纳表示。然后,利用这些结果评估多层材料对系统的全局声学性能的影响,例如汽车或飞机内部。传递导纳矩阵评估以比奥(Biot)理论为依据。

LMS Virtual.Lab FEM Meshing for FEM Acoustics

利用Meshing for FEM Acoustics,您可以从二维表面网格开始,创建三维单元网格进行声学仿真。 该模块包含用来检查这些二维表面网格有效性的工具,用以创建三维声学四面体网格并分析其质量。 它还包含自动创建 声学有限元(FEM) 自动匹配层 (AML) 网格所需的工具。

LMS Virtual.Lab Cavity Meshing

空腔网格划分工具可以帮助您直接从结构模型生成高质量的以六面体为主的网格,从而确保两个网格紧密贴合。在自动创建高质量的网格之前,系统会执行孔洞探测和修补。

LMS Virtual.Lab Optimization

LMS Virtual.Lab Optimization 可以提供一套功能强大的工具,用于单属性和多属性优化。 通过实验设计 (DOE) 和响应面建模 (RSM) 技术,您可以快速而深入地了解所有符合特定要求的可能设计方案。 使用包括六西格玛制造在内的高级优化例程时,LMS Virtual.Lab 会自动选择最佳设计,考虑实际可变性,同时符合最严格的鲁棒性、可靠性和质量标准的要求。

1.1.2 LMS Virtual.Lab Noise and Vibration噪声和振动分析

LMS Virtual.Lab Noise and Vibration 提供了一种独特的混合的噪声和振动分析方法,智能地将有限元 (FE) 模型与通过测试得到的模型结合在一起。 除了与测试模型紧密相连外,LMS Virtual.Lab Noise and Vibration 还可以利用多体和柔性体仿真数据。 通过这种方式,您可以根据实际模型尺寸定义真实载荷工况,从而确定最优时域性能。 噪声和振动分析还可以为声学仿真生成数据,以进行更深入的声学分析。


LMS Virtual.Lab Noise and Vibration 可提供在子系统和部件基础上创建系统级噪声、振动和平顺性 (NVH) 模型所需的全部工具。 在整个开发过程中,您都可以对有限元或测试得到的部件及装配连接模型进行修改,以改进系统级 NVH 性能。 凭借测试模型和有限元模型的有机结合,LMS Virtual.Lab Noise and Virbration噪声和振动混合解决方案可以灵活精确地生成可靠的仿真结果。

NVH 响应分析

LMS Virtual.Lab NVH Response Analysis 是一个入门级仿真工具,可预测部件、子系统或整个模型在工作载荷条件下的噪声和振动行为。 通过对 CAE 和试验中的所有可用模型和载荷数据进行访问,您可以随时集成最佳可用数据组合。 基于模态和频率响应函数 (FRF) 的预测求解器可以帮助您快速分析多种设计变量。 NVH(噪声、振动和平顺性)专用后处理工具可帮助您:

• 通过专门的显示方式分析响应结果

• 执行详细的贡献量分析,从而确定关键路径和薄弱环节

• 比较响应与预定义或导入的目标


检索和应用载荷工况时,NVH 响应分析可以提供最大灵活性。 系统支持从测量数据、多体仿真或一般载荷源得到的多种格式和类型的载荷。 这些载荷包含结构作用力、位移激励和声学载荷。


将测量的载荷与虚拟模型结合在一起,可获得更符合实际的NVH 仿真,以及更出色、更可靠的设计。 您可以借助基于模板的用户界面轻松设置 NVH 分析,可以从有限元模型开始,也可以使用试验的模型。 NVH 解决方案还包括基于 FRF 和模态的 NVH 响应求解器。 这些解算器可以快速执行仿真分析,在有限的时间里处理大量设计方案。

NVH 响应分析的功能

NVH 响应分析可为您提供以下功能:

• 以通用方式访问模型和激励数据的测试和有限元数据

• 支持大量的载荷数据格式:频率、RPM 或时变作用力数据、位移、速度、加速度、体积速度和体积加速度

• 快速的、基于模态和FRF 的强迫响应求解器

• 基于模态的FRF 合成可用于根据模态数据确定传递函数

• 路径和模态贡献量分析,用于确定噪声和振动问题的根源

• 多种多样的2D、2.5D 和 3D 显示,用于分析工作响应

NVH 响应分析的优点

NVH 响应分析可以帮助您:

• 随时访问最优的测试和CAE 数据

• 创建模板,用于捕捉分析过程,方便开展以后的计算

• 利用基于FRF 和模态的嵌入式 NVH 响应求解器,更快速地执行预测

• 使用混合仿真提升响应预测精确度(即使用测量载荷以及CAE 或试验模型)

• 利用各种智能NVH 后处理显示方式和互动视觉效果,实现更好的可视化效果

• 深入了解结构和声学贡献量、路径和模态贡献量

系统级NVH

LMS Virtual.Lab System-level NVH(噪声、振动和平顺性)提供了多种工具,可以将各个部件组装成系统级测试/CAE 混合模型,并分析实际工况下的 NVH 性能。 您可以从一个或多个部件开始构建模型,包括有限元 (FE)部件和基于测试的部件。


这些部件通过具有特定属性的点对点方式连接在一起,从刚性连接到复杂的频变刚度连接,从而对连接悬置的真实物理特性加以仿真。在整个开发过程中,随着越来越多的详细部件模型变得可用,您可以逐渐使用详细的有限元或基于测试的部件信息完善模型部件。


仿真模型构建完成后,系统级NVH 会使用其内部基于频率响应函数 (FRF) 或基于模态的模型求解器计算模型的全局动力学。 生成的模型由一组传递函数或模态构成,能够在开展全系统噪声和振动评估时表现出最大精确度和最佳速度。 借助基于模态或频率响应函数FRF 的部件中的这种子结构化,在对单个部件或连接悬置进行更改时,您可以非常快速地重新评估整个模型系统。


为预测实际工况下的噪声和振动行为,装配模型结合了来自测试、多体仿真或一般声源(通常是公路噪声、发动机噪声或振动噪声)的输入载荷。该解决方案使用内部模态响应求解器、基于传递函数FRF 的强迫响应解算器或 有限元 求解器,计算噪声和振动响应。


此外,NVH 可视化和分析工具可以帮助您快速研究传递路径,并高效评估各个系统部件的噪声和振动贡献量。 您也可以分析连接悬置中的作用力,执行多级贡献量分析:从声源到接收方,从声源到连接悬置,或从连接悬置到接收方。

系统级NVH 的功能

系统级NVH 可为您提供以下功能:

• 基于模板的节点对节点部件装配,且具有多种连接器类型:刚性、弹簧减震、频变等等。

• 重新定位和重新调节部件位置

• 快速且基于模态和传递函数的模型求解器,用于确定系统级动力学

• 在不同部件表示之间切换(全FE、模态、DMIG)

• 快速的强迫响应求解器,用于确定系统对工作载荷的响应

• 多层路径和模态贡献量分析工具,用于高效根源分析

系统级NVH 的优点

系统级NVH 可以帮助您:

• 使用测试和有限元部件轻松构建系统级模型

• 使用装配模板轻松更换和自动重新连接部件模型

• 使用基于传递函数的系统综合预测中频范围问题

• 使用基于传递函数和基于模态的NVH 系统综合与响应求解器执行高效的“假设”分析

• 使用测量的载荷以及CAE 模型提高仿真精确度

• 轻松共享传递函数或模态数据集,促进开发团队之间的沟通,并使用简化的模型与供应商进行沟通,从而避免机密泄露隐忧

传递路径分析

LMS Virtual.Lab Transfer Path Analysis可根据物理原型测试数据确定工作载荷,并能预测和评估工作载荷条件下的系统噪声和振动响应。 使用这一解决方案,您可以:

• 通过载荷力识别分析,从测得的振动中识别工作载荷

• 在详细的噪声、振动和平顺性(NVH) 工程,故障诊断和目标设置中使用这些载荷


LMS Virtual.Lab Transfer Path Analysis 提供多种估算方法,可以计算出反映用户真实使用情况的载荷。 其中包括一种直接方法,即通过测得的悬置位移差乘以悬置的频变特性计算出作用力。 当连接刚度已知时,这种悬置刚度法是最合适的方法,通常适用于发动机悬置。


LMS Virtual.Lab Transfer Path Analysis 还包括一种逆推方法,可以根据工作响应和传递函数估算出载荷。 这种方法适用于刚度较大的连接,例如悬架衬套,而且会显示连接上的细微位移差。


您也可以通过使用工作声压和声传递函数(而不是它们的结构等效物),获得体积加速度和体积速度之类的声载荷。


您可以利用以下功能进行根源分析和目标设置练习:


• 快速的基于模态和传递函数的响应解算器

• 路径和模态贡献量评估工具

通过使用各种NVH 特定的后处理程序,您能够以可视化形式呈现响应结果,并将它们与预定义或导入的目标进行比较。

传递路径分析的功能

传递路径分析可为您提供以下功能:

• 基于动刚度法或逆矩阵法,并根据测试或仿真数据进行载荷识别

• 快速的基于传递函数和模态的强迫响应求解器

• 路径和模态贡献量分析,用于确定噪声和振动问题的根源

传递路径分析的优点

传递路径分析可以帮助您:

• 确定对声源结构或强度起作用的载荷,以便根据测量数据估算工作载荷

• 随时访问最佳可用的测试和CAE 数据

• 利用基于传递函数和模态的嵌入式NVH 响应解算器,执行快速、精确的 NVH 预测

• 深入了解结构和声学贡献量

噪声和振动选项

LMS Virtual.Lab Noise and Vibration选项包含专用的噪声、振动和平顺性 (NVH) 解决方案,使您能够为 NVH 分析准备载荷。 您可以找到用于发动机噪声和道路噪声预测的专门解决方案。 部分NVH选项可以帮助您迅速预测修改情况,从而快速研究和优化小的结构修改对响应产生的影响。 此外,您也可以使用可选的有限元求解器研究更大的修改。

载荷识别分析

载荷识别分析模块使用直接方法或逆矩阵法(或者同时使用这两种方法)计算系统作用力。直接方法用悬置上的工作位移差乘以悬置动刚度来计算载荷。而逆矩阵法则用工作响应乘以载荷和工作响应位置之间的传递函数逆向矩阵,来计算载荷。逆矩阵法可以基于工作振动或工作声压。

随机NVH 分析

随机NVH 分析模块会在频域中处理部分相关的信号。 核心数据结构基于互谱密度,而互谱密度可通过使用随机或部分关联的激励信号计算得出。 除了简单的响应计算外,此模块还让您能够先定义一个互谱密度函数形式的参考,然后再据此为响应信号创建一个确定的参考频谱,在此期间您可以选择采用或不采用主成分分析 (PCA) 前处理。

修改预测

使用修改预测模块时,您可以在一个系统的模态或频率响应函数(FRF) 上定义基本的修改。 修改可以是一个集中质量和一个单点动力吸声器,也可以是一个加强筋和/或减震器,或一个横梁连接器连接两个节点。 您可以为后续分析使用新模态或 FRF。

面板模态修改

LMS Virtual.Lab Panel Modal Modification 可以帮助您研究面板厚度变化百分比对结构的模态频率和振型的影响。 与 LMS Virtual.Lab Optimization 结合使用时,您可以研究不同面板厚度变化时振动声学响应的灵敏度,例如振动和声压响应级别,并更新结构的面板厚度以达到要求的目标级别。

有限元声振耦合求解器

LMS Virtual.Lab有限元声振耦合求解器集成了一个广泛的结构单元库,可用于开展振动声学仿真。 这一振动声学解算器包含下述结构单元:


• 零维(例如集中质量、刚性体元件/RBE2 和 RBE3)

• 一维(例如杆、横梁、弹簧和衬套)

• 二维(壳)

• 三维(实体)


多种多样的材料,从标准弹性材料到正交、粘弹性和各向异性材料等。此工具支持各种解算器,适合开展纯结构分析或振动声学分析。

单属性和多属性优化

LMS Virtual.Lab Optimization 解决方案提供强大的单属性和多属性优化功能。 通过实验设计和响应表面建模技术,您可以快速评估所有备选设计方案。 使用包括六西格玛制造在内的高级优化例程时,该模块会自动选择最佳设计,考虑实际可变性,同时符合最严格的鲁棒性、可靠性和质量标准的要求。

1.1.3 LMS Virtual.Lab Correlation结构相关性和有限元模型验证

为保证实现高精度仿真,仿真模型必须符合严格的精确度标准。要确保仿真结果可靠,就必须将部件、子系统和完整系统模型与试验数据或经过验证的类似结构的仿真模型进行比较。为防止误差累积,唯一的方法就是自下而上一步步地构建和修正系统模型。除了更可靠的假设分析外,经过验证的模型还能让您更好地了解与材料属性、连接、铰链和边界条件有关的假设。


尽管静态物理测试可以满足许多设计目标,但用于振动声学仿真的模型通常要求通过测试对动态属性进行系统性验证。LMS Virtual.Lab Correlation 可以帮助您进行仿真模型与测试模型的相关性分析,,为结构测试提供指导和帮助。 全面的工具集可以非常方便的对仿真和测试的模态振型进行比较,并生成操作变形振型和响应函数。 以原始有限元 (FE) 模型为基础,可以提供所需的激励点和响应点数量,以及他们的最优布置,从而避免测试错误和重复测试。


使用验证结果推断需要在哪些地方改进模型并不是很容易。为促进由验证推动的模型更新,LMS Virtual.Lab Correlation 提供专门的工具来确定模型中需要改进的特定位置。 例如,通过灵敏度分析,从指定参数中找出影响最大的参数。 您也可以使用内部和外部算法自动更新模型,例如Nastran Solution 200 算法可用于修正模态频率和响应函数的。

相关性和预试验分析

LMS Virtual.Lab Correlation and Pre-test Analysis 可提供相关工具,有助于确保您在 CAE 环境中使用高质量的有限元 (FE) 模型,以及确保您在动态物理结构测试环境中采用正确的传感器布局和有效的激励点。


在预试验分析中,您可以根据现有的有限元模型创建最优测试模型。预试验分析能以交互方式在有限元网格之上创建测试模型,并根据捕获的相关模态和模态激励来对测试模型进行量化评估。如果传感器位置设置不佳,预试验分析可轻松地分析有限元模型偏离目标的原因。您可以轻松更改测试模型,并使用模态置信度准则(MAC) 直接评估新测试模型的质量水平。 使用驱动点残差 (DPR) 准则可以评估激励点位置设置。


通过相关性分析,您能够轻松、快速地比较两个模型的动态响应,解决测试或有限元网格不兼容的问题。它可以帮助您使用MAC 矩阵,以量化方式表示振型的关联度。 最佳相关模态振型可在模态对表中列出。 如果 MAC 值太低,以致于无法主观地关联模态,MAC 贡献度准则(MACco)将指出差异,供您检查。 如此一来,您就可以通过比较验证数据(即有限元数据)和参考数据(即测量数据),验证不同的建模假设。 这可以改进模型和仿真的可靠性。 此外,该软件还提供其他标准关联工具,例如正交性检查和频率响应置信度准则 (FRAC)。

相关性和预试验分析的功能

相关性和预试验分析可为您提供以下功能:

• 测试和有限元数据关于模型、模态和频谱的通用接口

• MAC 和 MACco 支持误差定位

• 模态对

• 振型相关性查看支持从而并排显示有限元或测试模型动画

• 使用FRAC 在两个模型之间比较传递函数

• 执行正交性检查,从而改善动态相关性

• 通过DPR 确定振动激励位置

• 将数据导出至LMS Test.Lab 或通用文件格式

相关性和预试验分析的优点

相关性和预试验分析可以帮助您:

• 通过定义最优传感器和激励设备位置,改善测量数据

• 通过直接集成LMS Test.Lab,提高测量效率

• 使用测量数据确认有限元仿真模型有效性

• 确定建模误差或评估建模策略

• 根据测试数据比较和验证有限元模型

模型修正

LMS Virtual.Lab Model Updating 是一个计算模型相关性和进行模型修正的工具,可根据参考数据改善仿真模型质量,并帮助用户构建更符合实际情况的模型。

模型灵敏度分析和更新可以:

• 在比较试验和有限元模型时,轻松处理不兼容的模型

• 提供数值相关性工具,例如模态置信度准则(MAC)、正交性检查和频率响应置信度准则 (FRAC)

• 专门的Nastran SOL200 环境,轻松计算设计灵敏度

• 优化工具

将模态置信度准则MAC 与 Nastran® SOL200 振型和本征频率灵敏度分析结合使用,可帮助您计算并研究模态对的 MAC 和频率差异灵敏度。 这些灵敏度可帮助您在两个模型之间获得最佳动态匹配。 模型更新能够充分处理模态切换,确保您在自动更新过程中,结合参考模型使用正确的有限元模型。

模型修正的功能

模型修正可为您提供以下功能:

• 输入材料和单元属性的设计参数

• 专门的Nastran SOL200 驱动器

• 为质量、模态频率、MAC 和振动水平设定目标

• MAC、模态对和 MAC 贡献度 (MACco)

• FRAC

• 频率差异灵敏度和MAC 灵敏度

• DOE(实验设计)、响应曲面建模和多种优化算法

模型修正的优点

模型修正有助于:

• 使用测量数据验证有限元仿真模型的有效性

• 确定建模误差和评估建模策略

• 利用集成的优化功能提高有限元模型的可靠性

• 找出建模误差的根源

• 定义系统目标,改进仿真模型

• 通过定义最优传感器和激励设备位置,改善测试数据

1.1.4 LMS Virtual.Lab Optimization设计优化

LMS Virtual.Lab Optimization 可以跨所有 LMS Virtual.Lab模块提供集成的优化功能,从而:


• 评估和优化产品设计的总体质量

• 识别对设计影响最大的关键参数

• 通过修改几何体、材料或其他设计变量的参数,优化产品的功能特性

• 计算产品的稳健性和可靠性


LMS Virtual.Lab Optimization 可以帮助设计和分析工程师增强知识,并深入了解产品设计。 只需点击几下鼠标,即可轻松了解输入参数之间的关系,例如尺寸和惯性属性的关系,或者了解部件或系统的最大应力如何随着尺寸的变化而改变。 您可以轻松指定设计目标和约束条件;LMS Virtual.Lab Optimization 将自动确定设计的最优方案,从而符合预设的约束条件和目标。


LMS Virtual.Lab Optimization 支持在 LMS Virtual.Lab 中定义和执行设计空间探索、优化和稳健性设计研究。

标准优化

LMS Virtual.Lab Optimization 可以加快对备选设计方案的探索、寻找设计问题的最佳解决方案、以及对不确定性进行建模以管理风险,从而提高 Virtual.Lab 工程流程的效率。 设计空间探索可帮助您利用实验设计技术(DoE)以可视化的形式自动呈现设计空间。 大多数情况下,设计空间探索都会与响应表面建模 (RSM) 一起使用。


设计优化也可以找到满足所有约束条件,同时为目标函数提供最佳值(最小值、最大值或目标值)的一组最佳设计变量。

设计空间探索

计空间探索使您能够利用各种实验设计技术,自动探索并以可视化的形式呈现设计空间。实验设计方法通过极少量的实验采集设计空间样本,筛选与设计性能最相关的信息。通过这些虚拟实验的结果,您可以深入了解设计变化的影响以及相关的权衡。

响应表面建模

设计空间探索通常与RSM 配合使用,适合通过离散数据研究连续的表面,从而深入了解设计变量对指定结果数量的影响。 这种代替模型使您能够取代昂贵的仿真分析。

基于灵敏度的算法

基于灵敏度的算法使用对象函数和约束的灵敏度或梯度,在设计空间的局部区域查找局部最优。


设计优化会根据非线性规划技术,部署各种鲁棒性数值优化方法,包括序列二次规划法(SQP) 和广义简约梯度法 (GRG)。


高级优化

通过三种先进的算法,即差分进化算法、自适应进化算法和模拟退火算法,全局优化可解决一般约束优化问题。全局优化算法非常有助于找到全局最优方案。


离散优化可以解决一般约束优化问题,包括连续变量和离散变量组合。您可以在仅整数值、实际值目录或字符串列表之间选择离散变量。特殊优化搜索例程会考虑输入变量的离散特性。

全局优化

通过三种先进的算法,即差分进化算法、自适应进化算法和模拟退火算法,全局优化可解决一般约束优化问题。全局优化算法非常有助于找到全局最优方案。


离散优化可以解决一般约束优化问题,包括连续变量和离散变量组合。您可以在整数值、实际值目录或字符串列表之间选择离散变量。特殊优化搜索会考虑输入变量的离散特性。

多目标优化

多目标优化模块(MOO)包含局部优化方法,这些方法可高效地优化具有两个或更多相互竞争目标的设计。 强大的全新后处理功能可以让您更深入地进行工程设计,包括帕累托图。

鲁棒性设计

您可以围绕最优值研究结果变化,并通过构建鲁棒性更强(即对参数可变性不那么敏感)和更可靠(即超出设计约束的可能性更小)的设计,打造更高品质的产品。


优化设计响应时会使用蒙特卡罗分析法或一次二阶矩法(FQSM),并考虑设计输入中的可变性。 您可以根据最优值评估和优化设计变型,从而确保设计符合约束条件。


1.1.5 LMS Virtual.Lab Motion

制造商面临重重压力,需要在更短的开发时间内交付质量更高、更加复杂的产品。在对机械设计的性能进行分析时,使用基于测试的传统开发流程已不再可行;唯一有效的替代方案是在虚拟样机上评估功能性能属性。通过使用多体建模软件LMS Virtual.Lab Motion ,您可在物理样机测试之前实现对机械和机电一体化系统的有效分析和真实性能优化。 此外,您还可以重复使用运动仿真结果,在 LMS Virtual.Lab 中开展后续分析,从而实现跨属性优化。


LMS Virtual.Lab Motion 专门设计用于:

• 评估复杂的机电一体化系统的实际性能

• 快速创建和分析多体模型,也可直接导入现有的CAD 和 FEA 模型

• 预测实际运动和机械系统载荷

• 在进行样机测试之前优化机械系统的性能

多体运动学

LMS Virtual.Lab Motion 可以在一个用户友好型桌面环境中,为您提供执行符合实际情况的多体仿真和分析所需的全部基本动态运动功能。 此 Motion 解决方案为您提供了领先的技术,涵盖实体建模、参数化、CAD 几何体、线性和非线性柔性体特征、控制和液压功能、解算器性能(包括实时仿真)和后处理功能。 通过 Motion,您可以使用完全集成的 CAD 引擎,在 LMS Imagine.Lab Amesim 和 MatLab® Simulink™ 中快速创建和完善机电一体化系统的参数化虚拟样机模型。


利用LMS Virtual.Lab软件包的结构,您可以无缝地重复使用 Motion 仿真结果开展多属性分析,例如,结构、噪声和振动以及疲劳寿命预测,而无需在不同的仿真环境之间执行耗时、易出错的数据传输操作。 专门的后处理功能可以帮助您轻松识别和有效解决工程问题的根源,并做出关键设计决策。


通过让您快速分析和优化真实环境中机电一体化设计特性,包括开展实时硬件在环(HiL) 测试,此动态运动解决方案可以让您在执行昂贵的物理样机测试之前获得预期性能。

多体运动学的功能

多体运动学可以为您提供以下功能:

• 集成CAD,便于开展基于几何体的建模和仿真:质量属性、连接和 CAD 接触

• 利用指向外部文件的链接,轻松实现模型参数化

• 高级多体解算器功能,包括通过一维子系统执行离线和实时联合仿真

• 支持线性和非线性柔体

• 通过Microsoft® Visual Basic® 宏实现流程自动化和定制

• 多属性分析(耐久性、NVH、声学、结构和实验设计/优化)

多体运动学的优点

多体运动学可以帮助您:

• 准确预测复杂机电一体化系统的特性

• 在开发流程的早期检测设计问题,从而节省时间和成本

• 识别和优化影响实际设计性能的参数

• 探索安全极限,不会让人员或昂贵设备面临风险

• 通过动画呈现复杂的动态运动,并检测零件之间的潜在碰撞

• 改善机械结构中各个组件的强度和疲劳寿命

非线性柔性体求解器

LMS Virtual.Lab 非线性柔体解算器可以将多体模型的运动方程与非线性柔体分析集成在一起。 针对柔体采用基于模态缩减法的标准线性方法时,如果不能以要求的精确度大致评估系统的非线性行为,非线性柔体解算器可以发挥重要作用。 您可以轻松仿真典型的非线性现象,例如柔体之间的接触力和摩擦力,从而提供真实的可靠载荷,而且您也可以使用这些载荷进行耐久性分析。

利用突破性的联合仿真技术,您可以在迭代级别,在多体解算器和非线性FEA 解算器之间建立更紧密的耦合,从而以比标准联合仿真方案更快的速度开展具备数值稳定性的仿真。

非线性柔体解算器的功能

非线性柔体解算器可为您提供以下功能:


• 通过LMS Virtual.Lab 传统方法生成和/或导入非线性网格

• 在LMS Virtual.Lab 或 LMS Samcef Gateway 中定义非线性柔体工况

• 支持从Nastran®、Ansys®、Abaqus® 和 I-deas™ 中导入 FE 网格

• 自动识别多体模型的输入/输出点

• 在LMS Virtual.Lab 环境中准备有限元模型

非线性柔体解算器的优点

非线性柔体解算器可以帮助您:

• 通过以下属性加深对载荷预测的了解:

• 在多体仿真过程中考虑实际非线性变形

• 执行机械系统详细建模时不受限制

• 准确预测承载组件承受的载荷

• 在各种载荷条件下对动态系统行为进行预测和安全性分析

• 通过以下属性提高工作效率:

• 无需创建离散柔体

• 运行和分析设计表和模板图上的许多工况

实时解算器

LMS Virtual.Lab Motion 实时解算器可以提供一个实时软件许可,用来对多体系统进行实时解算,这样您便可以使用高保真模型执行硬件在环 (HiL) 仿真以及驾驶模拟器测试,获得无与伦比的数值稳定性和精确度。


模型可以在不同的CPU 核心上运行,充分利用常见 HiL 仿真目标平台提供的并行解算功能。 轻松访问所有主要属性,例如实体的质量和惯性、衬套特性和连接类型,从而对非常详细的多体模型执行实时解算,同时又不会降低模型复杂性。 如此一来,您可以使用一个模型进行离线和实时分析,从而获得更精确的仿真结果并减少建模工作量。


实时解算器基于突破性的确定性隐式解算方法,支持三维-一维混合模型。 实时解算器与 LMS Imagine.Lab Amesim 紧密集成,使您能够访问若干一维子系统和组件(机械、电气、液压)库,对机电一体化系统进行多速率实时仿真。

实时解算器的功能

实时解算器可为您提供以下功能:

• 确定性隐式解算器,并通过并行解算方法执行多核解算

• 模态链接单元,用于自动拆分模型

• 自动将模型导出为C 代码可执行文件

• 支持最常见的HiL 平台

实时解算器的优点

实时解算器可以帮助您:

• 使用同一模型执行离线仿真和实时仿真

• 通过HiL 测试执行控制器验证和确认

• 通过与LMS Imagine.Lab Amesim 创建联合仿真以获得详细的多体模型,从而提高精确度

• 直接访问模型中的物理参数,从而无缝分析修改对车辆性能的影响

• 最大限度缩短大型仿真(例如灵敏度分析和优化循环)的解算时间

• 通过与第三方软件集成来扩展功能

1.1.6 LMS Virtual.Lab Durability耐久性分析

耐久性工程师面临的最具挑战性的任务就是高效设计出安全可靠的部件和系统。疲劳强度不足的系统部件可能会导致永久性结构损坏,并可能危及人身安全。此外,较短的设计周期、更多的设计变型以及更多地使用新的轻型材料,都会增加耐久性分析过程的复杂性。


凭借多年与客户和研究机构的合作经验,LMS Virtual.Lab Durability 集成了多项虚拟样机技术,包括有限元 (FE)、模态分析、多体仿真和疲劳寿命预测。 您可以在时域和频域中快速研究和优化部件级与系统级结构强度和疲劳寿命。


LMS Virtual.Lab Durability 可以执行快速、精确的耐久性分析预测。 专门的后处理功能可以针对所有关键耐久性区域、关键载荷和关键事件提供即时反馈,因此您能够:

• 在更短的开发周期内验证更多设计变型的疲劳寿命

• 使用耐久性分析对大型复杂系统的性能进行仿真

• 优化轻型环保材料的耐久性能

• 更好地了解和改进疲劳测试

疲劳分析模块

LMS Virtual.Lab 疲劳耐久性分析模块是一个完整的解决方案,可以在一个集成仿真环境中精确评估各个部件的疲劳行为。 通过结合从原型样机测量的数据或多体仿真得到的部件载荷、基于有限元的应力结果和循环疲劳材料参数,疲劳分析模块功能允许您对关键疲劳区域以及相应疲劳寿命进行预测。


用户界面为您提供了清晰的内置工作流程和模板,可以引导您完成整个流程。通过无缝访问有限元(FE) 网格和应力,以及自动 Nastran® 和 Ansys® 驱动和部件载荷直接导入功能,您可以在同一个环境中快速准备疲劳分析。 此流程可在作业文件中自动捕捉,然后可重新用于执行其他分析。


疲劳分析模块可提供先进的LMS Falancs 解算器的所有疲劳寿命分析功能,包括评估低周期疲劳、高周期疲劳、无限寿命、应力梯度校正和表面以下疲劳以及焊缝和焊点分析。


利用专门的后处理功能,您可以快速识别和解决疲劳寿命问题,并尝试多种设计方案。通过参数化分析,您可以在创建物理样机之前确定创新的设计解决方案。

疲劳分析模块的功能

疲劳分析模块可为您提供以下功能:

• 一种紧密集成有限元分析、测试和疲劳寿命预测功能的解决方案

• 从主流的有限元分析(FEA) 工具无缝访问结构 有限元网格和应力

• 精确的焊缝和焊点建模

• 在作业文件中捕捉流程

• 从样机测量数据或多体仿真直接导出部件载荷

• 精确、高速且符合行业标准的疲劳寿命解算器

• 专门的耐久性可视化和后处理工具

• 可捕捉仿真工作流的分析模板

疲劳分析模块的优点

疲劳分析模块可以帮助您:

• 根据实际载荷条件,快速、精确地预测疲劳寿命

• 立即获得耐久性热点区域的反馈

• 了解疲劳问题的根源

• 探索多个设计方案并优化设计,从而提升耐久性性能

• 优化(减少)验收所需的测试设置