CDH-EXEL

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1. CDH/EXEL－自動車の音響応答解析ツール
効率的な防音は、近代的で高品質な自動車のデザインにおいて重要な要素の一つです。しかし、その複雑さから、標準的なコンピュータでの仮想デザイン工程による自動車の車体構造振動、音響解析では、音響処理はほとんどの場合に無視されます。早い段階の仮想デザイン工程で、軽量かつ高性能な音響パッケージを設計するという要求に応えるために、音響トリムの影響をモデル化するという要望が生まれました。
CDH/EXELは、カーペットや天井内張りの発砲材料のような吸音材料を含む、NASTRAN自動車有限要素モデルのための新しい解析ツールです。CDH/EXELはNASTRANモデルの低-中域周波数の音響応答分析を容易にできるように設計されています。CDH/EXELを用いると、自動車の音響解析はさらに正確なものとなり、シミュレーションによる設計のより有効的な決断につながります。

2. 音響トリムと多孔質材料
画像２で示されているように、ほとんどの音響処理は多孔質弾性発砲材料、フェルト、または粘弾性材料で作られる「heavy layer」からなる、複数の層で構成されています。多孔質弾性トリム材料の基本的な数学的モデル化は構造と流体的要素の複雑な相互作用を伴います。
トリム材料はさらに、周波数に依存する特性を示します。この特性は、比較的低い周波数でも重要です。CDHは最近、多孔質材料分析の新しい有限要素作成のため、集中的な開発プロジェクトを完了しました。多孔質材料モデル化の有限要素の開発に国際的に認められている専門家、Peter Göransson氏と共同で行ったこの開発は、CDH/EXELというNastranをベースにした新しい手段に至りました。

3. 解析の概要
CDH/EXELでのデータフローは画像１に示されています。標準的なNastran要素とメッシュの手順は、構造、音響および音響トリムのモデル化に使用されます。Nastranが実行されている間、CDH/EXELの外部プログラムは自動的に起動され、トリム多孔質材料の力学的挙動をモデル化し、多孔質弾性カップリング項がトリムに使用される標準的なNastran固体要素行列に追加されます。
構造、空気、多孔質材料および周波数に依存する効率的な分析のための行列の正しいアセンブリは、CDH/EXELによって自動的に実行されます。

4. CDH/EXEL解析の概要
すべてのトリム材料が標準的なNastran要素によってモデル化されているため、NASTRANユーザにはCDH/EXELへの直感的なアプローチが可能です。構造トリム要素のための、周波数に依存する材料の特性に加え、ユーザは特別な多孔質弾性材料特性を用意しなければなりません。正しいカップリング項を生成するために、CDH/EXELではこの情報が要求されます。
中域周波数における計算のための、多孔質トリムを含む有限要素モデルの定義は次の段階を必要とします。

多孔質材料要素を特定し（これらは固体要素である必要があります：CHEXA, CPENTA, CTRIA）、それらの特性を指定します（MAT9）。
多孔質材料（MATTi; TABLEMi）のための、周波数に依存する構造材料の特性を指定します。
多孔質材料メッシュを構造および流動体メッシュと連結します。

例えば、MAT9エントリーは次の多孔質材料特性を含んでいます：

典型的な材料断面セクションとその設定は図4、図5に示されています。自動車の車体構造は、通常通り、標準的なNastranシェル要素を使用してモデル化されます。
発泡体またはフェルトは固体要素を使用してモデル化されます。"heavy layer"は、現在の厚さと物理挙動にしたがって、シェルまたは固体要素でモデル化することができます。
音響の圧力、放射された力、表面の速度等、典型的な応答量は標準的なNastran出力より得ることができます。

5. CDH/CONNECTユーティリティプログラム
CDH/CONNECTはCDH/EXELとともに提供されるユーティリティプログラムです。このユーティリティは、自動的に多孔質材料メッシュを構造および流動体メッシュと連結することによって、ユーザをサポートします。
構造モデルデータとトリムGRIDデータの定義ファイルが与えられたとき、図6で示されているように、要求された連結を表現するために、多重ポイント拘束のセットがRBE3データ形式で生成されます。ユーザはさらに、RDB3拘束の独立自由度、従属自由度を割り当てることが出来ます。

6. CDH/EXELの検証された精度
トリムの影響を音響応答の計算に含む重要性は数々のテストによって検証されてきました。
画像7は、多孔質トリムの影響を計算に含んでいる場合と含んでいない場合の、典型的な構造の音響応答FRF結果を示しています。実際のテスト結果も示されています。
これらの結果は、比較的低い周波数域においても、トリムの影響が結果の精度に重要な影響を与えることと、テストとの相関関係が向上することを示しています。

7. CDH/EXELの利点概要

CDH/EXELは、音響トリムと多孔質材料のモデリングと解析を行う、Nastranの機能拡張プログラムです。
CDH/EXELは標準的なNastran解析の既存のFEM Trimmed Body またはFull Vehicleモデルに対応しています。
CDH/EXELは、Nastran FEMモデルの音響トリムと多孔質材料表現に標準的な固体またはシェル要素を使用します。
CDH/EXELは、中域周波数でNastranを用いて、中域周波数で音響トリム影響の予測と車体を可能にします。
CDH/EXELはユーザのNastran分析過程をスムーズに組み入れます。
CDH/EXELは使い慣れたNastran環境で既存のFEMモデルの詳細なNVH分析を可能にします。

8. システム要件

ソフトウェア：
- MSC.Nastran 2008
- NX Nastran 6

ハードウェア：
- IBM (AIX)
- Red Hat Linux64(X86_64)