聲學領域常用數值模擬方法和\u000B相關仿真軟件介紹

2016-11-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

隨著計算機及計算技術的迅速發(fā)展使得數值模擬已經成為理論研究和實驗(或觀測)研究之外的又一種研究手段,并廣泛應用在各個學科領域。本文將對聲學領域內的常用數值模擬方法及相關仿真軟件進行簡單的介紹。

聲學領域中基于物理原理的數學模型:

1. 有限元法和邊界元法

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2. 統計能量法和聲線聲錐法

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聲學仿真軟件:

1. 基于有限元法的聲學軟件

有限元模型是將求解區(qū)域劃分為有限個單元網格, 用有限的網格去逼近連續(xù)的媒質
有限元方法適用于室內噪聲分析。
可以運用有限元模擬各種聲學介質,譬如流體、穿孔板等。計算固有頻率,聲模態(tài),計算在頻域、時域上的空腔的聲模態(tài)和聲振耦合響應,并且考慮流體效應。

Structural FEM

The structural equation of motion is given by

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where [K] : Structural stiffness matrix

[C] : Damping matrix

[M] : Mass matrix

[Fs] : Forces applied to the structure

[Fp] : Forces due to acoustic pressure

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相關的常用聲學軟件:

2. 基于邊界元法的聲學軟件

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間接邊界元法具有廣泛的適用范圍, 可用于開口、閉口或相交的表面, 對于封閉的表面, 該方法可同時解決內部和外部的問題
瑞利法是利用無限大障板上的活塞聲輻射模型, 該模型的物理意義最為直觀, 它先將輻射體表面離散, 每個單元被看成聲輻射活塞, 設法得到每個單元的振動速度, 并求出此活塞在聲場中任意一點產生的聲壓, 最后求出各個單元的在這一點的聲壓總和

相關的常用聲學軟件:

3. 基于統計能量分析的聲學軟件

相關的常用聲學軟件:

4. 基于聲線和聲錐模型的聲學軟件

聲線法是基于幾何聲學的方法 , 當聲波的頻率較高, 即聲波的波長小于房間中的反射面時, 可以用幾何光學中反射面的概念把聲的傳播看成是沿聲線傳播的聲能, 此過程中忽略聲的波動性能
聲線模型的使用條件是反射面尺寸遠大于聲波的波長, 而同時反射面的粗糙度遠小于波長
幾何聲學使用聲線或聲錐跟蹤的方法計算聲的傳播過程, 可用于封閉、半封閉或完全開放的空間
此方法假設空間每個具有確定功率的聲源可向各個方向或具有一定指向性地向外輻射聲音
聲源之間可以相關也可以不相關
從每個聲源發(fā)出的聲線或聲錐在每個接觸的壁面上發(fā)生鏡面反射, 其損失的聲能量由每個表面的吸聲特性決定
通過每個聲接收點的聲接收情況, 可以求出該點處隨頻率變化的穩(wěn)態(tài)聲壓級