即将直播：Ansys Motion新能源车电机动力NVH仿真方案及应用

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造和零部件关注的问题之一。统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和NVH有关系，而更有近20%的研发费用消耗是在解决车辆的NVH问题。它涉及多物理领域的问题，用户可通过ANSYS多物理场解决方案进行；包含电磁力分析(ANSYS Maxwell)、多体动力结构分析(ANSYS Motion)、声学分析(ANSYS Mechanical/VRxperience Sound)等来实现。本文给读者朋友介绍ANSYS Motion 新能源车电机动力NVH仿真方案。

2024年4月30日20时，拥有19年流体/热/结构仿真工作经验的曾家麟博士受邀在仿真秀主办2024汽车设计仿真技术交流月第十一期讲座分享《Ansys Motion 新能源车电机动力NVH仿真方案与行业应用》线上报告，详情见后文。

一、Maxwell 电磁激励

Maxwell电磁激励是指基于麦克斯韦方程组的电磁场解析表达式，用于描述电磁场的变化规律。该激励函数具体形式取决于电场和磁场之间的相互作用关系，可以用来计算电磁场对物质的作用力大小和方向。

在电磁学中，Maxwell电磁激励函数具有广泛的应用。它不仅能够用来计算电磁场对物质的作用力，进而研究电磁场的性质和行为规律，还可以用于描述电磁波的传播过程，研究电磁波的特性和传播机制。例如，在材料科学中，它可用于描述材料的电磁响应特性，研究材料的导电性和磁性等方面的性质。在电磁感应方面，根据法拉第电磁感应定律，改变磁场的大小或方向可以产生感应电动势。基于这一原理，人们可以制造电感、变压器、发电机、电动机等各种电磁设备，它们在能源转换、电力传输和电动车辆等领域发挥着重要作用。

Ansys Maxwell 将计算得到的电磁激励力保存成 UNV文件，可导入到ANSYS Motion中对应的电机模型。

简要流程如下：

（1）Maxwell 电机电磁力输出

电机2D模型
电机极数: 8
轴向深度 : 40mm

计算不同转速下的电磁激励力

（2）UNV电磁激励力文件输出设置

打开“Enable Harmonic Force Calculation” 对话框
在“General”Tab中选需要输出的部件，电机动力学仿真中需要转子和定子的电磁力
选择输出文件位置
All steps” 选择所有分析步

（3）Maxwell 电机电磁力输出

Maxwell 输出如下两类文件（设定转速下）：

① maxwellunvforce2D.unv (Force)

② maxwellunvmesh2D.unv (Geometry)

Ansys Motion电机动力总成的基于电磁激励力的瞬态动力学分析，需输入不同转速下的电磁激励力，因此在Maxwell 中需计算输出多个转速下的电磁激励力。将上述文件改名（如：Stator_1000rpm_F.unv,Stator_1000rpm_M.unv ）否则再次计算时该文件将被覆盖。

Geometry UNV file

Force UNV file

二、电机动力总成建模

电机动力总成建模是一个复杂且不断发展的领域。随着技术的进步和新的理论方法的出现，建模方法和流程可能会不断更新和优化。因此，建模人员需要保持对最新技术和方法的关注，并根据具体需求和应用场景进行选择和调整。

电机通过轴与齿轮箱相连接，电机激励力施加到电机转子和定子，以驱动齿轮转动，在齿轮箱动力输出轴施加相应反扭矩。

电机动力总成

齿轮箱侧

电机侧

1、ANSYS Motion快速模块

齿轮模型Gear Model

支持2D设计工具用于简单生产，同时支持3D建模便于系统装配
基于有限元模型，抽取齿刚度
提取任意载荷步的输出结果

2、轴承模型

为两个轨道之间建立快速而稳定的刚度模型
在分析过程中刚度可以基于载荷变化
轴承库包含主要轴承制造商（ NSK, SKF, KOYO, FAG ）

3、轴模型

多种截面类型（圆形和圆环形、锥形和锥环形）
部件分析获得刚度特性
基于装配方法的尺寸定义（齿轮、轴承）

4、齿轮箱模型

通过简单的方式装配所有零部件到箱体上，并带有刚度和间隙
直接利用有限元网格模型进行装配
方便设定每一阶模态阻尼
可用MeshFree方式直接对CAD 模型进行柔性化处理

5、Ansys Motion 施加电磁力

Ansys Motion 功能按钮实现Motor EM Force的施加。

电机电磁力设置界面，通过读入UNV檔在Motion中产生电磁力模型

6、Ansys Motion 后处理-齿轮啮合

分析得到动力学结果(速度，加速度)
获取时间域的结果

7、利用短时傅里叶变换（FFT）获取瀑布图（Color Map）

8、Ansys Motion 后处理-声学计算

Ansys Motion / Postprocessor可基于“ Rayleigh积分”来分析系统表面振动产生的声压，该条件假设沿物体法线方向移动且其表面的压缩和变形来自于物体运动速度。该方法忽略了反射声以及声固相互作用。
该方法对于中频（100〜10k）效果较好，整体模式与声学消声室（或半消声室）的结果非常相似。

三、VRXSound 提供声音的全面解析

Ansys VRXPERIENCE Sound是一个后处理工具，主要用于基于虚拟原型的声品质仿真。可以根据声音质量指标和听力感知测试对声音进行分析和优化。还可以在模拟器和车内再现3D声音，提供沉浸式的声音体验。通过Maxwell电磁力进入Motion做震动分析产生的噪声，可由VRX还原出实际感受的声音体验。

具体而言，VRX Sound具备以下一些关键特点和功能：

1、声品质仿真：基于虚拟原型进行仿真，能够模拟产品在各种工况下的声音表现，使得工程师在产品研发早期就能对其声品质有深入的了解。

2、多物理场耦合分析：结合电磁、振动等物理场的数据，进行多物理场耦合分析，从而更准确地评估产品的NVH性能。

3、时频信号分析：提供了创新的时频信号分析功能，能够单独提取或修改影响人对声音主观评价结果的声音模板，进一步增强了声音分析和优化的能力。

4、配置文件管理：支持轮廓和曲线配置文件管理，使得用户可以将横坐标曲线切换到任何配置文件，方便进行各种定制化的声音分析和处理。

四、Ansys Motion NVH仿真报告会

为了帮助读者朋友更好的理解和掌握ANSYS Motion 新能源车电机动力NVH 仿真能力，4月30日20时，我们邀请拥有19年流体/热/结构仿真工作经验的，仿真秀优秀讲师曾家麟博士在2024汽车设计仿真技术交流月第十一期讲座做《Ansys Motion 新能源车电机动力NVH仿真方案与行业应用》线上报告，帮助用户了解和熟悉NVH开发流程和分析方法，ANSYS等软件使用的基本认知及流程，以及项目介绍与提升仿真水平。以下是直播安排

2024汽车设计仿真（十一）：Ansys Motion 新能源车电机动力NVH仿真方案与行业应用-仿真秀直播