Actran在管道噪聲領(lǐng)域的應(yīng)用-2010

Actran在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)

的應(yīng)用FreeFieldTechnologies1998，由Dr.Jean-PierreCoyette、Dr.Jean-LouisMigeot創(chuàng)立總部在比利時(shí)布魯塞爾，法國(guó)圖盧茲、日本東京、美國(guó)底特律設(shè)有分部1999-2001，雷諾,標(biāo)志,菲亞特,通用汽車,空中客車,殼牌石油,德國(guó)Lloyd船級(jí)社等十一家大型企業(yè)，共同資助FFT開發(fā)ACTRAN軟件

專業(yè)的聲學(xué)仿真工具（Actran/Acoustics）:

振動(dòng)聲學(xué)(Actran/VibroAcoustics,ActranforNastran)

流動(dòng)聲學(xué)(Actran/TM,Actran/DGM,Actran/AeroAcoustics)

前后處理器(Actran/VI)

服務(wù):培訓(xùn),技術(shù)交流,工程咨詢,特別開發(fā)

科研:FFT參加眾多科研項(xiàng)目，從風(fēng)機(jī)噪聲、螺旋槳噪聲、輪胎噪聲、航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲到高性能計(jì)算以及產(chǎn)品的聲學(xué)設(shè)計(jì)等。LocationsSomeAutomotiveCustomersTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN應(yīng)用實(shí)例

Actran關(guān)注的問(wèn)題?管道噪聲入射、反射、透射聲波傳遞損失插入損失殼體噪聲聲壓輻射功率輻射效率Actran支持的應(yīng)用激勵(lì)前端設(shè)備的激勵(lì)支撐點(diǎn)的激勵(lì)物理模型流固耦合管道末端開口共振腔絕熱層聲吸收體穿孔板流動(dòng)效應(yīng)溫度梯度應(yīng)用實(shí)例管道噪聲Case1:溫度梯度Case2:流動(dòng)效應(yīng)Case3:復(fù)雜管道系統(tǒng)殼體輻射噪聲管道整體的振動(dòng)聲學(xué)模擬Nastran超單元的應(yīng)用Case1–溫度梯度的影響Case1–問(wèn)題描述例子:消聲器

傳遞損失TL：TL=10log10(Wincident/Wtransmitted)入射聲能透射聲能無(wú)反射邊界條件Case1–不考慮溫度梯度-能量平衡后處理:入射、反射、透射模態(tài)聲能Wincident=(Wtransmitted+Wreflected)PowerBalanceCase1–不考慮溫度梯度–傳遞損失TransmissionLossCase1–考慮到溫度梯度的影響Actran能夠分析當(dāng)?shù)芈曀俸兔芏鹊臏囟刃?yīng).管道內(nèi)的溫度場(chǎng)能夠利用外部的熱分析軟件計(jì)算，或者使用Actran計(jì)算（簡(jiǎn)化假設(shè)）.600K300KCase1–溫度梯度的影響–傳遞損失Case2–媒質(zhì)流動(dòng)的影響Case2–問(wèn)題描述聲速172.3m/s媒質(zhì)密度77.35kg/m^3出口端無(wú)反射入口段聲壓0.2N/m2,i.e.80dB出口端流速平均值16.92m/sFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase2–無(wú)流條件–傳遞損失TransmissionlossCPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒質(zhì)流動(dòng)的影響–傳遞損失Case3–復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)Case3–Actran與傳遞矩陣法解析解傳遞矩陣法存在一些限制幾何形狀簡(jiǎn)單

只能是平面波模式無(wú)法計(jì)算輻射噪聲,不能考慮結(jié)構(gòu)吸收均質(zhì)媒質(zhì)為了解決復(fù)雜模型,可以將傳遞矩陣法與Actran聯(lián)合使用支持復(fù)雜幾何形狀分析可以達(dá)到連接管最高截至頻率可以考慮輻射噪聲與結(jié)構(gòu)耗散流與溫度梯度效應(yīng)復(fù)雜模型計(jì)算流程？TMManalyticcodesarelimitedtothelowestcut-onfrequencyofalltheelements(inlet/outlet/internalduct).Ex:TMManalyticcodescanperformtheTLcomputationonlyuntil2000Hz.Finlet=8000HzFinternal=2000HzFoutlet6000HzMix-method(ACTRAN+TMM)cancomputetheTLuntilthelowestcutonfrequencyoftheinlet/outletduct.Ex:Finlet=8000HzFinternal=2000HzInthiscase,ACTRANcanperformtheTLcomputationuntil6000HzCase3–計(jì)算流程Task2a:ACTRANModelcreationTask2b:ACTRANcomputationsTask1:Geometry–DivisionintosubsystemsTask3:ResultsrecombinationusingTMMTobeperformedforeachcomponentCase3-1-聲源聲源:I1=C+R*R1I1

：入射聲壓,R1

：反射聲壓,R：聲源反射因子(與聲源阻抗相關(guān))C：聲強(qiáng).聲源反射因子R與

聲源阻抗Z的關(guān)系:R與聲源類型相關(guān)(例如邊界條件):聲壓邊界條件BC:R=-1(全反射，入射波與反射波相位相差),C=P0.速度邊界條件:R=1(全反射，入射波與反射波無(wú)相位差),C=V0/(ρ.c)平面波模式(使用Actran的管道模態(tài)):R=0(無(wú)反射),

C=入射聲壓振幅Case3-2-子系統(tǒng)擴(kuò)張管能夠用一個(gè)傳遞矩陣表示:如何計(jì)算傳遞矩陣因子呢?激勵(lì)擴(kuò)張管進(jìn)口端，在出口端用模態(tài)方式激勵(lì)對(duì)于多種載荷，只需運(yùn)行一次即可I1R1I2R2I1=1R1=FREEI2=FREER2=0I1=0R1=FREEI2=FREER2=1Case3-3-出口端出口端的邊界條件: ε：出口端的反射系數(shù)ε可以在出口端施加模態(tài)激勵(lì)求得:I2=1R2=FREECase3-4-重組計(jì)算消聲器插入損失計(jì)算每個(gè)組件的傳遞矩陣全局矩陣由各個(gè)子矩陣相乘得到:SinceI2isknown,onecangettheSPLatanypointoftheoutside!TT=T1*T2*T3T1T3T2P=1I2

R2

I1

R1

殼體輻射噪聲殼體噪聲–問(wèn)題Exampleofadominantvibrationoftheheatshieldat380Hz模擬絕熱層的聲輻射絕熱層簡(jiǎn)化模型子系統(tǒng):考慮絕熱層對(duì)稱模型模型是對(duì)稱的(幾何+激勵(lì))建立半個(gè)模型，然后轉(zhuǎn)化為整個(gè)模型Actran的優(yōu)勢(shì)粘彈性材料/單元庫(kù)與Nastran一致支持不匹配網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與流體的自動(dòng)耦合多層結(jié)構(gòu)每一層都有獨(dú)立的屬性可以使用高阻尼材料Actran計(jì)算每一層耗散的能量Krylov快速求解器,比模態(tài)方法更佳應(yīng)用于自由場(chǎng)問(wèn)題系統(tǒng)可以是高阻尼的豐富的邊界條件典型的邊界條件:力，速度，位移約束..應(yīng)用Nastran超單元絕熱層+聲場(chǎng)絕熱層與聲場(chǎng)結(jié)合網(wǎng)格:絕熱層+外部聲學(xué)單元

結(jié)果-云圖SPL[dB]inthefarfieldRealpartofthepressureStructuredeformationSPL[dB]inthenearfield結(jié)果–頻響函數(shù)Rad_eff=Wrad/(ro*c*A*V**2)場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)[dB]結(jié)構(gòu)輻射效率多層絕熱層Multi-layeredheatshield絕熱層為多層結(jié)構(gòu):金屬-粘彈性層-金屬Visco-elasticlayerpropertiesthickness:0.16mmYoungmodulus:2.1e+08PaLossfactor:20%Poissonratio:0.3Density:2000kg/m3Comparisonsinglelayervs.multi-layer管道整體振動(dòng)聲學(xué)模擬整體模型AcousticFEM/IEMinterface消聲器內(nèi)部聲學(xué)網(wǎng)格外部流場(chǎng)網(wǎng)格Actransupportsincompatiblemesheswherevernecessaryfluid1(ρ1,c1,T1)fluid2(ρ2,c2,T2)出口端排氣噪聲+“殼體”輻射噪聲

單一模型管道殼體網(wǎng)格振動(dòng)聲學(xué)模型有限元模型16,000節(jié)點(diǎn)66,000單元網(wǎng)格650無(wú)限元邊界條件:簡(jiǎn)支或其他任何邊界條件激勵(lì):入口端平面波支撐點(diǎn)的振動(dòng)有限元+無(wú)限元

單元網(wǎng)格外部聲場(chǎng)管道殼體內(nèi)部聲場(chǎng)結(jié)果結(jié)構(gòu)位移內(nèi)部聲場(chǎng)SPL能量譜外部聲場(chǎng)超單元的應(yīng)用超單元連接ActranActran將模型信息附著在連接節(jié)點(diǎn)上（Craig-Bampton超單元縮減法）真實(shí)模型連接利用超單元連接Nastran

Craig-Bampton超單元縮減法模態(tài)方法輸出OP2文件列出應(yīng)用超單元的節(jié)點(diǎn)結(jié)果位移（419Hz）振動(dòng):自由邊界vs.超單元結(jié)論Actran是最完整的研究管道噪聲的工具Actran一次分析可以囊括所有的問(wèn)題:內(nèi)部聲場(chǎng)：真實(shí)