Actran軟件應(yīng)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(lián)網(wǎng)

頻響分析方法是頻率響應(yīng)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(yīng)用。頻響分析方法可以分為直接頻響分析方法和模態(tài)頻響分析方法,模態(tài)頻響分析方法是在直接頻響分析方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,主要是將求解關(guān)系轉(zhuǎn)化到模態(tài)坐標(biāo)中,比直接頻響分析法求解速度更快,但前提是系統(tǒng)無阻尼或只有模態(tài)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(xué)方程為:

求解時不形成阻尼矩陣,而形成復(fù)剛度矩陣:

其中, K1為整體剛度矩陣, G為整體結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù), KE為單元剛度矩陣,GE 為單元結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)。與瞬態(tài)響應(yīng)對應(yīng)有:

1模型準(zhǔn)備

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

這里分別建立聲學(xué)有限元結(jié)構(gòu)模型,劃分四面體實體單元并保存為bdf格式;建立能包住結(jié)構(gòu)的聲學(xué)有限元聲傳播區(qū)域模型,劃分為四面體實體單元并保存為bdf格式,內(nèi)部應(yīng)與結(jié)構(gòu)聲學(xué)有限元網(wǎng)格外表面重合,這個可以通過布爾運算實現(xiàn);建立聲學(xué)邊界元邊界Shell單元模型,通過捕捉聲學(xué)有限元聲傳播區(qū)域模型的外表面網(wǎng)格實現(xiàn),保存為bdf格式;有限元振動頻響分析結(jié)果文件和有限元結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(yīng),只介紹對于現(xiàn)有模型的有限元振動響應(yīng)結(jié)果時如何求解結(jié)構(gòu)輻射噪聲。根據(jù)具體求解所需設(shè)置的一些參數(shù)關(guān)系,給出具體的步驟:

(1) 模型導(dǎo)入:啟動Actran VI軟件界面,點擊【file】→【import mesh】→【BDF】,然后選擇事先準(zhǔn)備好的聲學(xué)有限元結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、聲傳播區(qū)域網(wǎng)格和無限元邊界網(wǎng)格,一般都放在一個bdf文件中,這樣就可以同時導(dǎo)入到Actran中。導(dǎo)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(wǎng)格模型及類型,右側(cè)的圖形界面顯示所導(dǎo)入的模型。

圖2. 導(dǎo)入Actran的網(wǎng)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(qū)域的介質(zhì)為空氣,輸入如圖3所示的材料參數(shù)。

圖3. 聲傳播介質(zhì)材料屬性設(shè)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(shù),這里定義了所需要輸入的op2文件。

圖4. 分析類型相關(guān)參數(shù)設(shè)置

(4) 為聲傳播區(qū)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(shè)置相關(guān)參數(shù)。點擊事先創(chuàng)建好的Domain,完成定義。

圖5. 有限流體聲傳播區(qū)域相關(guān)設(shè)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(shè)置相關(guān)參數(shù)。點擊事先創(chuàng)建好的Domain,完成定義。

圖6. 無限元組件相關(guān)設(shè)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(shè)置相關(guān)參數(shù)。點擊事先創(chuàng)建好的Domain,完成定義。

圖7. 耦合面組件相關(guān)設(shè)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(jìn)行設(shè)置,勾選下面的耦合面,完成邊界條件施加。

圖8. 邊界條件設(shè)置

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

圖9. 場點網(wǎng)格施加至輸出項相關(guān)設(shè)置

(9) 定義頻響函數(shù)輸出:首先點擊【File】→【import】,輸入監(jiān)測點的網(wǎng)格模型(相當(dāng)于麥克風(fēng)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(jiān)測點網(wǎng)格拖入其中。

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

(12) 生成求解輸入文件:為了使求解結(jié)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(nèi)存供Actran計算使用,可以根據(jù)各自情況進(jìn)行設(shè)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(guān)分析結(jié)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。