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10-Actran在换能器及声学分析中的应用

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0m
海水 分层 状态 分四层介质声场分布 100m
低声速
高声速
高声速
低声速
空间声传播分析
• 应用模块
– actran Acoustic
• 分析模型
– 声波在介质中传播受障碍物影响 – 几何结构——3D实体模型
• 分析目的
– 接收点受障碍物影响其声接收指向性与障碍物关系
模型解释
上下障碍物 水声换能器分为标量-矢量两种 标量换能器仅对声压差敏感； 矢量换能器对接收点附近介质的振速敏 感，因此具有8字形指向性 矢量水听器附近的障碍物对矢量水听 器的8字形指向接收性有何影响？ 模型分析了点声源、平面波声源以中间接收点 为中心，从0°到180°半空间范围内不同方向 对接收点进行声辐射 分析接收点上下两端平均的振速变化 模型障碍物与接受点均采用在实体球中扣除的 3D实体模型
• 在本模型中主要考察半片换能器在自由状态、底 边约束、侧边约束状态下的影响规律，通过 Actran仿真分析，通过对比不同约束状态下的换 能器固有频率相对关系，可以获得对换能器固有 频率的提高具有关键作用的约束！
压电陶瓷换能器声辐射分析
• 应用模块
– actran Vibro-Acoustic
• 分析模型
Hypermesh中网格划分
导出 Nastran格式的 *.BDF网格文件 赋予材料参数及边界 条件 提交分析
压电陶瓷材料参数需要在 DAT文件中单独修改
云图显示
PLT曲线
后处理云图声辐射
• 不同频率下换能器的声辐射状态
– 可以获得最佳指向性及对应的频点
5000Hz
7000Hz
9000Hz
11000Hz
半片结构中，上下位移约束 与左右位移约束，哪种约束
对换能器的固有频率提高有
帮助？
自由状态 上下位移约束（见上图） 左右位移约束（见上图）
• 加固有频率结果
一阶固有频及振型 单极子模式
二阶固有频及振型 偶极子模式
三阶固有频及振型 四极子模式
• 通过仿真分析可以确定
– 固有频率频点 – 振动模式 – 边界相互作用条件对振型、固有频率的影响
• 分析目的
– 分析海面、海底结构参数不同，海水介质分层状态下 点声源辐射状态下的海洋声传播结果
海洋声传播模型
• 目前海洋声传播模型相对比较成熟，根据深浅海 不同有不同的近似模型表述：
– 近海浅海水域Pakris波导模型 – 远海深海的射线模型、抛物线模型等
• 以上模型虽然能够给予理论求解出声传播的解析 解，但是有一些工程性问题仍需要一个工具能够 快速求解：
• 希望能够增加的功能：
– 前处理的网格兼容范围能否更大一些，比如直接读入 ABAQUS的输入文件 – 压电陶瓷材料模型能否直接集成进VI面板

ACTRAN应用示例
• 主要应用场合
– 换能器仿真分析
• 压电陶瓷换能器结构振动分析 • Tonpiz压电陶瓷换能器声辐射分析 • 压电陶瓷换能器声接收灵敏度分析
– 声学机理研究
• 水声传播机理 • 空间声传播分析
压电陶瓷换能器结构振动分析
• 应用模块
– actran Vibro-Acoustic
– 分析Tonpiz换能器模型的声辐射指向性、发射声功率 – 几何结构——2D轴对称模型
• 分析目的
– 获得换能器不同频段的振动形态 – 优化换能器的结构设计
模型解释
• 2D轴对称Tonpiz换能器仿真分析
水域边界声学无限元 建模流程 CAD软件绘制2D模型
水域声学有限元
前盖板 压电陶瓷 后盖板 紧锢螺栓
• 分析模型
– 分析模型的结构固有频率及振型 – 几何结构——3D实体模型
• 分析目的
– 获得换能器不同频段的振动形态 – 优化换能器的结构设计
模型解释
叠片式换能器
压电陶瓷片+金属支撑架构成
的频率接受带，尽量高的一阶 固有频率
分析：
Hypermesh中网格划分
导出 Nastran格式的 *.BDF网格文件 赋予材料参数及边界 条件 提交分析
模型绿色区域为水体——声学有限元 水体外侧圆弧面为——水域边界声学无限元 水体下表面——与压电陶上表面耦合 下方紫色区域为压电陶瓷——附压电材料 透明红色区域为金属支架——附金属固体材料
在水体区域中心施加一个点声源
13000Hz
15000Hz
17000Hz
19000Hz
PLT声辐射指向性曲线
• Field Point取点显示的结果
90°范围内的Field point
换能器有限元模型 不同频率的声辐射指向性曲线 通过指向性分析，可以获得不同频率的声辐射指向性， 为换能器的应用、设计提供修改参数和指导
压电陶瓷换能器声接收灵敏度分析
– 不同海水介质分层变化如何影响不同海水层的声场分 布？ – 海底、海面介质不同，空间声场求解形式差异极大， 如全反射硬质海底、泥浆状海底，如何快速求解不同 边界条件下的声场分布？ – 结果能形象直观的体现、随意提取 – 能否模拟真实测试过程中声传播——声传播时域分析？
不同介质状态的空间声传播对比
100m水深， 3000m长水域 岩石介质海底
4层海水声介质
• 取声场中从海面到海底的垂线进行分析对比：由于介质不 同而导致的不同水深处声场分布差异
0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 20 40 60 80 100
系列1 系列2
0m 均匀海水介 质声场分布 100m 均匀声速
接收点
Y
90.0°
X
分析结果云图剖面示例
声压分布结果
声学无限元边界
声学有限元
点声源 从正上方逐渐移动到正下方
刚性反射壁面
通过分析可以获得近场点声源、远场平面声源辐射条件下： 不同尺寸障碍物对接收点振速指向性的影响 可以优化空间结构布局
Actran作用
能够比较准确的分析结构振动（ABAQUS分析、实 测对比） 能够方便的获得结构声辐射指向性及辐射声功率 能够对一些未知的声探测场合进行合理的声学特 性趋势预估，简化试验
Actran在换能器及声 学分析中的应用
山东省科学院海洋仪器仪表研究所 2012-11-04
山东省科学院海洋仪器仪表研究所简介
• 山东省科学院海洋仪器仪表研究所始建于1966年，是我国 最早从事海洋监测技术理论研究和应用研究、海洋监测设 备研究开发和产品生产的科研机构之一。 • 目前有9个研究室，其中第五研究室目前从事海洋声学工 程研究，主要研究方向为：海洋声学换能器及其系统、水 声传播机理、水下目标探测识别等相关领域。
• 应用模块
– Actran Acoustic
• 分析模型
– 分析压电陶瓷换能器在声激励下的压电反应 – 几何结构——3D实体模型
• 分析目的
– 获得换能器不同声激励频段下的接收灵敏度 – 优化换能器的结构设计
模型解释
• 压电陶瓷换能器接收灵敏度分析
水域边界声学无限元 水体声学 有限元 接触面 压电陶瓷 换能器金属支架 CAD软件绘制2D模型
云图显示
PLT曲线
后处理结果显示
• 声响应切片云图显示
取压电陶瓷上表面不同点，画出频率响应曲线 从图中可以看出随着频率变化压电陶瓷响应电 荷随其变化的规律，将该值可以换算为灵敏度 曲线
水声传播机理
• 应用模块
– actran Acoustic
• 分析模型
– 水声在海洋中声传播机理分析 – 几何结构——2D轴对称模型
• 点声源在不同介质状态的空间声传播 20Hz-Real（声场实部）
3000m 从两图对比可以 看出，当海水介 质分层后，声场 的声传播状态发 生明显的变化 这在实际海况中 是经常遇到的现 象。 借助actran可以 对此类海水介质 状态下的空间声 场进行预分析， 获得不同海水层 中声场分布
均匀海水声介质

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噪声分析软件Actran航空发动机声学问题解决方案

噪声分析软件Actran航空发动机声学问题解决方案

y 4.4 无限元技术.......................................................................................................................16
5.1.1 发动机的基本情况................................................................................................21 5.1.2 优化声衬的工况参考点........................................................................................22 5.1.3 ACTRAN 模型 .....................................................................................................22 5.1.4 阻抗优化方法........................................................................................................25 5.1.5 插入损失与优化的阻抗结果................................................................................27 5.1.6 ACTRAN 在声衬设计方面的应用.......................................................................30 5.2 排气噪声应用案例...........................................................................................................30 5.2.1 模型参数................................................................................................................32 5.2.2 计算结果................................................................................................................35 六、ACTRAN 应用前景 ...............................................................................................................40
actran软件文档集锦(九)

actran软件文档集锦(九)


信息；运用Lighthill声类比方法对声场进行仿真，采用数值计算、传声损失
仿真和气动噪声仿真计算等3种方法提取管道内部场点声压级频谱曲线，分析
曲线峰值频率特征，包括共振频率分析和声模态分析等．采用CFD软件与声学
仿真软件相结合的方法，可以有效进行流场和声场的仿真．
24.一种基于有限元方法消声短舱声衬优化的研究.pdf 航空发动机噪声控制为目的，建立了一种将基于有限元方法的声学计算软件 ACTRAN与一种穿孔板声衬声阻抗模型相结合的方法，从而对消声短舱技术进 行数值模拟。并发展了一种两步全局声衬优化方法，可以j较为快速地在指定
算结果,并分析此数值模型可以进一步完善的一些重要方面。目前数值模拟结
果表明列车高速行驶状态气动噪声源主要集中在与车身气动外形密切相关的
三类位置上,且通过当前模型可以有效剖析列车车身气动外形设计对气动噪声
的影响以及相应的高速列车低噪音优化途径。
23.Helmholtz共振腔气动噪声数值仿真.pdfv 为探究出一套完整、准确的气动噪声仿真方法，用FLUENT和Actran仿真 Helmholtz共振腔旁接管道系统模型．针对流场仿真，采用六面体网格建模， 分析选择合适的网格密度，明确网格及边界条件的影响，以获得准确的声源
对隔声量的影响规律。
更多资料：/Home.html
9. Actran船舶培训--消声器管道模态的定义.pdf 消声器管道模态的定义
10. Actran船舶培训--如何提取穿孔板传递导纳.pdf
如何提取传递导纳矩阵
11.ACTRAN气动声学理论完整版.pdf 气动声学简介、Lighthill声类比、M?hring声类比以及结论
12.电机软件文档集合 .ppt 这个文档里有infolytica软件、Actran软件、motorsolve软件、magnet软件 相关文档集合
actran管内噪声仿真计算

actran管内噪声仿真计算

actran管内噪声仿真计算ACTRAN是一种用于声学和振动仿真计算的软件，可以模拟各种声场和振动系统中的噪声。

其中，管内噪声是一种常见的噪声类型，特别是在工业领域中，如空气压缩机、涡轮机等管道系统中。

本文将简单介绍ACTRAN管内噪声仿真计算的原理和方法。

在ACTRAN中，管内噪声的仿真主要基于声学理论和数值计算方法。

声学理论是研究声波在介质中传播和相互作用的学科，其核心是声波方程。

而数值计算方法是通过离散化和数值求解的方式，将声学理论转化为计算机可处理的算法。

在管内噪声仿真中，通常采用有限元法和边界元法等数值方法，来建立管道系统的声学模型。

有限元法是一种广泛应用的数值方法，它将管道系统离散成小的单元，通过计算每个单元内部的振动和相互作用，来预测整个系统的声学响应。

在管内噪声仿真中，有限元法主要用于建立管道及其连接构件的三维声学模型，并同时考虑传导、辐射和吸声等复杂的声场特性。

在建立模型时，需要考虑材料的声学性质、流体内部的速度和压力分布、以及流体在管道内输送的能量等。

通过有限元法的求解，可以计算出管道不同位置处的声压级和声音频率谱，来评估管内噪声的强度和频率特征。

边界元法是一种基于声模态理论和边界重构技术的数值方法，可以用于计算复杂结构的声学场分布。

在管道系统仿真中，边界元法一般用于计算管道外部的声学响应。

边界元法的基本思想是在管道表面建立网格，将管道表面分割成小的面元，通过计算每个面元内部的声模式分布，来预测整个管道表面的声学响应。

由于边界元法能够直接计算表面振动和辐射，因此可以有效地评估管道外部的噪声辐射特性。

以上两种数值方法可以结合使用，来综合评估管道系统内部和外部的噪声特性。

在进行实际仿真计算时，需要先建立管道系统的几何模型，然后确定管道中流体的物理性质和边界条件。

接着，通过有限元法计算管道内部的声场分布，再通过边界元法计算管道外部的声学响应。

最后，将两方面的结果结合，来预测管道系统的全音域噪声特性。

actran气动噪声计算原理

actran气动噪声计算原理

actran气动噪声计算原理Actran是一种流体动力学仿真软件，可以用于计算气动噪声。

在Actran中，气动噪声的计算原理是通过数值模拟来预测流体动力学系统中产生的噪声。

需要了解气动噪声的来源。

气动噪声是由流体运动引起的压力波动产生的，这些压力波动通过流体传播并转化为声波，最终达到人耳能够感知的声音。

在工程实践中，对气动噪声的减小和控制是一个重要的课题，因为它对人类健康和环境保护都有着重要的影响。

Actran的气动噪声计算原理基于声学和流体动力学的数值模拟方法。

在计算过程中，首先需要建立一个准确的流体动力学模型，包括流场的边界条件、流体性质和流体运动方程等。

这些参数将直接影响到最终的噪声计算结果。

然后，需要通过求解流体运动方程来模拟流体的运动行为。

在气动噪声计算中，通常采用Navier-Stokes方程来描述流体的运动，该方程是一组非线性偏微分方程，可以通过数值方法进行求解。

Actran使用了有限元方法和有限差分方法来离散化和求解Navier-Stokes方程，从而得到流体的速度场和压力场分布。

在得到流体的速度场和压力场之后，接下来需要计算噪声源项。

噪声源项是指在流体中产生噪声的区域，通常是流体中存在的湍流或涡流。

这些湍流或涡流会导致局部的压力波动，从而产生噪声。

Actran使用湍流模型和涡源模型来计算噪声源项，通过数值模拟来预测噪声的产生和传播。

需要进行声波传播计算，以确定噪声在空间中的传播路径和强度分布。

声波传播计算是通过声学模型来实现的，包括声波传播方程和声学边界条件等。

Actran使用了声学有限元方法和声学边界元方法来进行声波传播计算，从而得到噪声的传播路径和声压级分布。

Actran的气动噪声计算原理是基于数值模拟方法的。

通过建立准确的流体动力学模型、求解流体运动方程、计算噪声源项和进行声波传播计算，可以预测流体动力学系统中产生的气动噪声。

这对于设计和优化噪声控制措施具有重要的参考价值，可以帮助减少噪声对人类健康和环境的影响。