Actran軟件應用實例：求解輻射噪聲的頻響分析方法

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯網

頻響分析方法是頻率響應分析方法的簡稱,是NVH分析中非常重要的一種方法,一直以來在振動與噪聲的分析與研究中得到了廣泛的應用。頻響分析方法可以分為直接頻響分析方法和模態頻響分析方法,模態頻響分析方法是在直接頻響分析方法的基礎上發展而來的,主要是將求解關系轉化到模態坐標中,比直接頻響分析法求解速度更快,但前提是系統無阻尼或只有模態阻尼,非常才能解耦求解,否則只能使用直接頻響分析方法。

直接頻響分析方法的動力學方程為:

求解時不形成阻尼矩陣,而形成復剛度矩陣:

其中, K1為整體剛度矩陣, G為整體結構阻尼系數, KE為單元剛度矩陣,GE 為單元結構阻尼系數。與瞬態響應對應有:

1模型準備

計算輻射噪聲需要的計算文件包括聲學有限元結構模型、聲學有限元聲傳播區域模型、聲學邊界元邊界Shell單元模型、有限元振動頻響分析結果文件和有限元結構網格模型。Actran12支持Nastran軟件的網格模型和結果文件、Ansys軟件的網格模型和結果文件,間接支持Abaqus6.8版本軟件的結果文件(需要通過Actran軟件轉化為Nastran軟件的結果文件)。

這里分別建立聲學有限元結構模型,劃分四面體實體單元并保存為bdf格式;建立能包住結構的聲學有限元聲傳播區域模型,劃分為四面體實體單元并保存為bdf格式,內部應與結構聲學有限元網格外表面重合,這個可以通過布爾運算實現;建立聲學邊界元邊界Shell單元模型,通過捕捉聲學有限元聲傳播區域模型的外表面網格實現,保存為bdf格式;有限元振動頻響分析結果文件和有限元結構網格模型通過Nastran軟件計算獲得,格式分別為bdf格式和op2格式。

圖1. 求解模型示意圖

2前處理與求解

這里不介紹在有限元軟件中如何求解振動響應,只介紹對于現有模型的有限元振動響應結果時如何求解結構輻射噪聲。根據具體求解所需設置的一些參數關系,給出具體的步驟:

(1) 模型導入:啟動Actran VI軟件界面,點擊【file】→【import mesh】→【BDF】,然后選擇事先準備好的聲學有限元結構網格、聲傳播區域網格和無限元邊界網格,一般都放在一個bdf文件中,這樣就可以同時導入到Actran中。導入后的模型如圖2所示,從左邊的模型樹中可以看到不同的網格模型及類型,右側的圖形界面顯示所導入的模型。

圖2. 導入Actran的網格模型

(2) 定義材料屬性:右擊【Material】按鈕,新建一個【Fluid Material】,定義聲傳播區域的介質為空氣,輸入如圖3所示的材料參數。

圖3. 聲傳播介質材料屬性設置

(3) 確定分析類型:右擊【Analysis】按鈕,新建一個直接頻響分析【Direct Frequency Response】,輸入如圖4所示的參數,這里定義了所需要輸入的op2文件。

圖4. 分析類型相關參數設置

(4) 為聲傳播區域定義有限流體組件:右擊【Model-Solution Sequence】按鈕,點擊【Add Component】,選擇【Finite Fluid】類型,按照圖5設置相關參數。點擊事先創建好的Domain,完成定義。

圖5. 有限流體聲傳播區域相關設置

(5) 定義無限元組件:右擊【Model-Solution Sequence】按鈕,點擊【Add Component】,選擇【Infinite Fluid】類型,按照圖6設置相關參數。點擊事先創建好的Domain,完成定義。

圖6. 無限元組件相關設置

(6) 定義耦合面組件:右擊【Model-Solution Sequence】按鈕,點擊【Add Component】,選擇【Coupling face】類型,按照圖7設置相關參數。點擊事先創建好的Domain,完成定義。

圖7. 耦合面組件相關設置

(7) 定義邊界條件:右擊【Boundary Conditions】→【Add New BC】,選擇類型為BC Mesh,按圖8進行設置,勾選下面的耦合面,完成邊界條件施加。

圖8. 邊界條件設置

(8) 定義云圖輸出:首先點擊【File】→【import】,輸入場點網格,右擊【PostProcessing】→【Add Filed Map】,按照圖9所示進行設置。

圖9. 場點網格施加至輸出項相關設置

(9) 定義頻響函數輸出:首先點擊【File】→【import】,輸入監測點的網格模型(相當于麥克風的作用),右擊【Output FRF】→【Properties】,定義輸出文件名為“result.plt”,注意文件名后綴。點擊【Output FRF】→【Add new postpro. component】→【field points】,然后將監測點網格拖入其中。

(11) 選擇求解器:右擊【liner solver】→【MUMPS】,選擇MUMPS求解器進行求解。

(12) 生成求解輸入文件:為了使求解結果存放在一起,方便處理,一般采用先生成輸入文件再求解的方式提交求解。右擊【Actran Frequency Analysis】→【Export to DAT】,保存至一個單獨的文件夾中,然后右擊dat文件,選擇【Launch with actran】,在【Choose a module】下選擇Actran,在【Command line options】下輸入-m 1000,然后點擊后面的箭頭開始求解。這里的1000指的是分配1000M的內存供Actran計算使用,可以根據各自情況進行設置。

3后處理

通過求解,可以得到聲壓分布云圖、聲壓級頻譜曲線等相關分析結果,圖10為10Hz下聲壓分布云圖,圖11為500Hz下聲壓級分布云圖,圖12為耦合面的聲壓變化曲線,圖13為某場點的聲壓級變化曲線。