下载文档原格式
第五章声学5.1什么是声学？声学研究声压波在流体介质中的产生、传播、吸收和反射。
声学有如下的应用：·声纳—声学上雷达的对应物·设计音乐厅，希望声压均匀分布。
·减小机器厂房的噪音·汽车中的噪声消除·水下声学·设计扬声器、音箱、声滤、消音器及其他类似装置。
·地球物理探测5.1.1声场分析的类型只有在ANSYS/Multiphysics 和 ANSYS/Mechanical中能进行声场分析，通常包括对流体介质及其周围结构的建模。
典型感兴趣的是不同频率的声波在流体中的压力分布、压力梯度、粒子速度、声压级及声波的散射、衍射、传输、辐射、衰减和散射。
耦合的声场分析将考虑流体-结构的相互作用。
非耦合的声场分析模型只考虑流体而忽略任何流体-结构的相互作用。
ANSYS程序假定流体是可压的，但只允许压力与平均压力相比有较小的变化。
而且，流体假定为非流动并且无粘的（即粘性不引起耗散作用）。
假定平均密度和平均压力不变，压力求解偏离平均压力而不是绝对压力。
5.2求解声学问题通过执行一个谐波响应分析可以解决许多声学问题。
分析计算流体-结构界面上的谐波载荷（正弦变化）引起流体中的压力分布。
通过指定载荷的频率围，可以观察到在不同的频率时压力的分布。
可以执行模态和瞬态的声学分析。
（参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中关于这种分析更详细的叙述。
）谐波声场分析的过程包括以下三个主要步骤：·建立模型。
·施加边界条件和载荷并获得求解。
·查看结果。
5.3建立模型在此步骤中，用户指定工作名称和分析标题，然后用PREP7前处理器定义单元类型，单元实常数，材料属性和模型几何尺寸。
这些任务与多数分析相同，在《ANSYS Basic Analysis Guide》中有叙述。
5.3.1谐波声场分析准则对一个谐波声场分析，考虑以下几点：单元类型—ANSYS声场分析指定了四种单元类型：对二维和三维模型的流体部分分别使用Fluid29和Fluid30单元，Fluid129和Fluid130与FLUID29和FLUID30单元一起使用，用来构造包围Fluid29和Fluid30单元的无限外壳。
虽然在ANSYS中进行谐响应分析是一个很简单的过程，只需要几行代码就可以实现。
很多朋友根据书上或者网上已有的分析代码稍作修改就可以进行分析了。
但是其中很多概念是否理解了呢，得到的结果有什么实际意义呢。
下面通过介绍一个单自由度的弹簧振子的谐响应分析理论求解，然后在ANSYS中求解。
通过两种结果的对比，以解释一些概念。
这个例子是Help手册中的VM86，很多振动学的教材中都会有这样的例子。
1.问题描述如上图是一个典型的单自由度弹簧振子系统。
假设此系统承受谐激励载荷。
其中为激励载荷的幅值，为载荷的周期。
2.理论基础此系统的动力方程为：(1)这个方程的求解方法很多，下面介绍一种最常用的求解方式：方程两边同除以，得到(2)如果令，则上式可以写成：(3)这个方程的解分为两部分，一部分为齐次方程的解，就是阻尼系统的自由振动响应，自由振动响应随时间衰减，最后消失，所以自由振动响应也叫瞬态响应。
另一部分是特解，也就是强迫振动响应。
不会随时间衰减，所以称为稳态响应。
由于系统是线性系统，瞬态响应和稳态响应可分别求解，然后合成为系统的总响应。
下面介绍如何求解系统的稳态响应，即方程(3)的特解。
由于激振力为简谐力，可以证明系统的稳态响应也是简谐的，并且与激振力有同样的频率。
设系统的稳态响应有如下形式：(4)其中，和分别是系统响应的幅值和相位。
将式(4)代入方程式(3)，可得(5)利用三角函数关系故有，(6)求解上式可得到(7)这样就得到了系统稳态响应的幅值和相位角对于方程(3)的齐次方程的解，也就是瞬态解这里只是给出求解结果，以后有机会再写详细的求解过程。
有阻尼系统的自由振动方程为：(8)工程中阻尼一般比较小，此方程的解可以表示为：于是振动微分方程的(1)的解为：画出此响应曲线如下图：从图中可以看到，正如前面所说的，由于阻尼的存在，瞬态响应部分随时间的增加很快就消失了。
所以通常进行谐强迫振动分析时，我们只需关注系统的稳态解，也就是求解幅值和相位角。
流体引起的空调管路振动分析与实验研究谭博欢;舒宝;李冬;柳小勤;伍星【摘要】Pipes connecting compressor and heat exchange coils play an important role in noise and vibration control of air conditioners.The vibration of pipes caused by fluid flow was analyzed with fluid dynamics and structural dynamics.The accurate FE dynamic model of the pipe system was established and the correctness of the FE model was verified using modal analysis and tests.The pressures on the pipe surface were obtained with the fluid dynamic analysis. The excitations (the pressures)were combined with the FE model verified with tests to analyze harmonic vibration responses of the pipes.Then,the pipes'operational deflection shapes (ODS)test was performed to verify the reliability and effectiveness of the analysis method for fluid flow induced vibration of pipes of air conditioner.The results showed that the results of the pipe system's theoretical modal analysis agree well with those of tests to ensure the correctness of the FE dynamic model and to lay a foundation for further analysis;the theoretical analysis results of the pipe system vibration agree better with the results of its ODS test in lower frequency range,but there are larger errors in higher frequency range. The reasons to cause errors were analyzed,they provided a reference for further study.%结合流体动力学和结构动力学分析了空调室外机管路系统由流体引起的振动问题。
ANSYS中的模态分析与谐响应分析模态分析是分析结构的动力特性，与结构受什么样的荷载没有关系，只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数，并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型（也称为模态）。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应，是与结构所受荷载相关的，只是结构所受荷载的都是简谐荷载，而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如，在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 ！指定点荷载的实部和虚部（或者幅值和相位角）HARFRQ,0,2.5, ！指定荷载频率的变化范围，也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, ！指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样，结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的，但物理量的值一般为复数，包括实部的虚部，这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析（也叫振型分析、振型分解等），而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大（共振）。
如果已经进行过模态分析的话，会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此，只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解，以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外，谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线，直接进行时域分析（ANSYS里用暂态分析）可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析，就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加，然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析，最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）谐响应分析1.谐响应分析的定义：谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，不考虑结构发在激励开始时的瞬态振动。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计是否能够克服，疲劳，共振，及其他受迫振动应起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析，非线性特性被忽略。
2.谐响应分析的求解方法。
full（完全法）reduced（缩减法）mode superpos'n(模态叠加法)full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应。
可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移谐响应分析的基本步骤：完全法分析过程有3个主要步骤：建模，加载求解，结果后处理1.建立模型同样非线性行为将被忽略2.加载求解*指定分析类型为：harmonic*指定分析选项：包括solution method和dof printout format （解的输出形式）及use lumped mass approx？（质量矩阵形成方式）*在模型上加载：谐响应分析所加的载荷随时间按正弦规律变化。
指定一个完整的简谐荷载需要输入3条信息。
幅值(amplitude)、相位角(phase angle)、强制频率范围(forcing frequency range) 注意：谐响应分析不能同时计算多个频率的荷载作用，但可以分别计算，后叠加。
*谐响应分析荷载步选项普通选项：number of substebs(谐响应节数目)，选择加载方式stepped or ramped动力学选项：频率范围 frequence range ，阻尼(damping)输出控制选项：*开始求解3.观察结果缩减法谐响应分析步骤1.建模2.加载并得减缩解3.观察节缩解结果4.扩展解5.观察扩展的解结果与full法不同的是，要定义主自由度。
1.前期用ANSYS对模型进行动力学分析，然后保存结果文件.rst格式的，然后导入到Vrituallab12中进行声学分析，可能步骤有些长，大家尽量慢慢看，如果有不明白的，或者我的步骤有错误的，大家可以指正，还有我的VL版本是12的，12的版本和以前的微有不同，在后边大家会发现的。
我的Q1728993717.2.进入声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；3.导入Ansys分析结果文件.rst格式：文件—Import—默认即可，看好单位，与模型统一；4.更改文件名称，便于后续操作：在特征树中点开Nodes and Elements—右键点其子选项（就是带有齿轮标志那个）—属性—特征属性—更改名称—StructuresMesh.5.提取声学面网格：开始—Structures—Cavity Meshing—插入—Pre/Acoustics Meshers—Pre/Acoustics Meshers—Skin Meshers，出现一下图框，在Grid to Skin 区域选择结构网格即：StructuresMesh，其余都默认不用改，之后点击应用，Close。
6.在次回到声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；7.命名声学网格：点开特征树中的Nodes and Elements—右键Skin Meshpar1.—属性—特征属性—改名称—AcousticsMesh；到这步之后为了方便起见，可以将结构网格StructuresMesh隐藏：右键StructuresMesh—Hide/Show；8.设定分析类型：工具—Edit the Model Type Definitions—点击“是”出现对话框如下：按照图所示设置即可；9.设置网格类型：工具—Set Mesh parts Type：之后，在左边选中StructuresMesh，然后点右边的Set as Structures；同理，选中AcousticsMesh点击右边Set as Acoustics；然后确定即可；10.声学网格前处理：插入—Acoustic Mesh Prepocessing set 出现如下：在Mesh Parts 中选声学网格AcousticsMesh—确定即可；11.定义材料：插入—Materials—New Materials—New Fluid Materials按下图选着填写即可：其实就更改个Materials ID为Air 其余就都是默认即可，不用更改什么，然后点击确定。
基于LMS b的整车振动及声学响应分析邢玉涛李燕洪燕田冠男奇瑞汽车有限公司公用技术院CAE设计仿真和方法部摘要：本文介绍在整车开发过程中利用LMS b进行模态综合分析，计算整车模态及关键点传递函数，并在整车模态分析基础上结合试验测试结果预测分析地板、座椅导轨及方向盘的振动，利用LMS b声学模块计算车内驾驶员耳侧声压响应，为后期试验调校提供参考依据。
关键词：整车NVH；模态综合；振动噪声1.概述在现代汽车设计过程中，CAE分析起到越来越重要的作用，在汽车设计初期即可快速的取得结果，从而取代后期大量的试验，使得汽车设计周期大大缩短，降低研发成本。
而作为汽车性能重要指标的NVH在现代汽车市场中越来越受到人们的重视，也成为许多厂家核心竞争力的一部分，涉及车辆的振动噪声问题已经成为汽车技术领域的一个研究热点。
随着国内整机厂汽车CAE技术的成熟，利用CAE技术模拟汽车NVH问题已经不仅仅局限于零部件及子系统的模态，基于整车模型的整车振动和噪声响应的模拟预测技术也已经逐渐被掌握。
在设计的虚拟样机阶段即可预测振动噪声水平，以便及时的更改设计，达到可接受的振动噪声水平。
发动机是汽车主要的振动和噪声源。
发动机怠速时产生的振动与噪声水平是汽车用户对汽车NVH 性能的第一感觉。
本文运用LMS b 软件对由发动机怠速引起车内方向盘的振动及乘员耳旁的噪声分析进行方法研究。
2.整车模型的建立整车模型是一个复杂的系统，本文以目前公司正在研发的某款车型为例，构建整车模型。
所用整车模型节点有1,649,400个，单元有1,925,038个，包括Trimmedbody、前后悬、轮胎、动力总成及排气系统等。
由于模型庞大，直接建立整车模型进行模拟分析不但耗时巨大，而且不利于子系统模型的准确性判断。
因此，本文采用LMS.VirtualLab中的模态综合法进行计算，即先分系统计算模态，最后进行模态综合的方法分析整车振动和声学响应。
将整车模型分为Trimmedbody、前悬架、后悬架及动力总成和排气系统四个系统，其中转向系统包含在Trimmedbody中，以便转向杆与转向横拉杆之间MPC的建立。
1.前期用ANSYS对模型进行动力学分析，然后保存结果文件.rst格式的，然后导入到Vrituallab12中进行声学分析，可能步骤有些长，大家尽量慢慢看，如果有不明白的，或者我的步骤有错误的，大家可以指正，还有我的VL版本是12的，12的版本和以前的微有不同，在后边大家会发现的。
我的Q1728993717.2.进入声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；3.导入Ansys分析结果文件.rst格式：文件—Import—默认即可，看好单位，与模型统一；4.更改文件名称，便于后续操作：在特征树中点开Nodes and Elements—右键点其子选项（就是带有齿轮标志那个）—属性—特征属性—更改名称—StructuresMesh.5.提取声学面网格：开始—Structures—Cavity Meshing—插入—Pre/Acoustics Meshers—Pre/Acoustics Meshers—Skin Meshers，出现一下图框，在Grid to Skin 区域选择结构网格即：StructuresMesh，其余都默认不用改，之后点击应用，Close。
6.在次回到声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；7.命名声学网格：点开特征树中的Nodes and Elements—右键Skin Meshpar1.—属性—特征属性—改名称—AcousticsMesh；到这步之后为了方便起见，可以将结构网格StructuresMesh隐藏：右键StructuresMesh—Hide/Show；8.设定分析类型：工具—Edit the Model Type Definitions—点击“是”出现对话框如下：按照图所示设置即可；9.设置网格类型：工具—Set Mesh parts Type：之后，在左边选中StructuresMesh，然后点右边的Set as Structures；同理，选中AcousticsMesh点击右边Set as Acoustics；然后确定即可；10.声学网格前处理：插入—Acoustic Mesh Prepocessing set 出现如下：在Mesh Parts 中选声学网格AcousticsMesh—确定即可；11.定义材料：插入—Materials—New Materials—New Fluid Materials按下图选着填写即可：其实就更改个Materials ID为Air 其余就都是默认即可，不用更改什么，然后点击确定。
L M S V i r t u a l L a b A c o u s t i c s9A版新功能介绍作者：LMSb是由以振动噪声、疲劳、操稳性工程解决方案着称的LMS际公司推出的全球第一个功能品质工程集成解决方案。
b提供集成的多学科软件平台用于分析和优化机械系统的性能，包括结构完整性，噪声及振动，耐久性，系统动力学，操稳性及平顺性、多体动力学以及其它属性。
b包括所有关键过程步骤及所需的技术，可以远在进行昂贵的加工和实物样机之前对每个关键属性进行从头到尾的评价，并使仿真设计真正迈向功能品质属性为目标的功能化设计，大大提升了仿真设计在产品开发中的功能性和指导性。
bAcoustics是b的拳头产品，是市场上最先进的振动声学和流体声学分析软件，从诞生开始多年来一直是声学领域排名第一的仿真软件，也是声学领域中公认的工业标准。
bAcoustics提供了从振动噪声到流体噪声，从声辐射到声-振耦合，从部件级到系统级，从低频到中高频，从前处理、求解器直到结果后处理的一个完整的解决方案。
在2009年11月正式推出的9A版本中，推出了开创性的有限元和边界元求解方案。
下面我们为大家做详细的介绍：完美匹配边界层技术：Fem-PMLbAcoustics9A版本中的FEM-PML完美匹配边界层有限元技术则在将有限元求解速度提高10+倍的同时，还极大地拓展了声学建模的灵活性和仿真应用范围。
FEM-PML技术通过在有限元模型外部建立声吸收层，可以完美解决有限元外场声辐射的问题。
FEM-PML技术不需要像无限元一样需要一个规则的外表面（球形或者椭球形），可以设定在离有限元模型非常接近的位置。
这样可以大大降低一般外场声辐射的模型自由度数，提高计算速度。
可以认为，FEM-PML是无限元的替代技术。
有限元/无限元搭建的发动机模型FEM-PML技术搭建的发动机模型拓展的快速多级边界元技术在8B版本中推出的FM-BEM快速多极边界元技术使得超大规模边界元模型的求解成为现实，并将分析频率范围直接拓展到高频：该模块运用迭代技术来求解边界元方程，通过基于多极扩展和多层次分级蜂窝子结构的高级算法，使得求解边界元方程的计算速度极大提高，同时内存消耗极大缩减。
1.前期用ANSYS对模型进行动力学分析，然后保存结果文件.rst格式的，然后导入到Vritual
lab12中进行声学分析，可能步骤有些长，大家尽量慢慢看，如果有不明白的，或者我的步骤有错误的，大家可以指正，还有我的VL版本是12的，12的版本和以前的微有不同，在后边大家会发现的。
我的Q1728993717.
2.进入声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；
3.导入Ansys分析结果文件.rst格式：文件—Import—默认即可，看好单位，与模型统一；
4.更改文件名称，便于后续操作：在特征树中点开Nodes and Elements—右键点其子选项
（就是带有齿轮标志那个）—属性—特征属性—更改名称—StructuresMesh.
5.提取声学面网格：开始—Structures—Cavity Meshing—插入—Pre/Acoustics Meshers—
Pre/Acoustics Meshers—Skin Meshers，出现一下图框，
在Grid to Skin 区域选择结构网格即：StructuresMesh，其余都默认不用改，之后点击应用，Close。
6.在次回到声学模块：开始—Acoustics—Acoustics Harmonic BEM ；
7.命名声学网格：点开特征树中的Nodes and Elements—右键Skin Meshpar1.—属性—特征
属性—改名称—AcousticsMesh；到这步之后为了方便起见，可以将结构网格StructuresMesh隐藏：右键StructuresMesh—Hide/Show；
8.设定分析类型：工具—Edit the Model Type Definitions—点击“是”出现对话框如下：
按照图所示设置即可；
9.设置网格类型：工具—Set Mesh parts Type：
之后，在左边选中StructuresMesh，然后点右边的Set as Structures；同理，选中AcousticsMesh点击右边Set as Acoustics；然后确定即可；
10.声学网格前处理：插入—Acoustic Mesh Prepocessing set 出现如下：
在Mesh Parts 中选声学网格AcousticsMesh—确定即可；
11.定义材料：插入—Materials—New Materials—New Fluid Materials按下图选着填写即可：
其实就更改个Materials ID为Air 其余就都是默认即可，不用更改什么，然后点击确定。
然后在特征树中的Materials下的子
结构更改名字为：也是上述方法，右键选它然后属性，特征属性，改名称为Air。
12.赋予材料属性：插入—Properties—New Acoustics Properties—New Acoustics Fluid
Properties：
在Application Regions中选特征树中的Nodes and Element 下的声学网格AcousticsMesh。
之后在点Fluid Materials 区域—
选上边定义好的材料Air（ID：XXXXXXXXXX）。
别忘了，将Property ID改名为Air。
之后点击应用—确定；
13.数据转移：将之前与结构网格上的振动响应数据转移到声学网格上，然后才能激励起声
学网格振动。
步骤：插入—Pre and Post-Processing—Data Transfer Case 如下对话框：
在Select the Set to Transfer 中选择ANSYS分析之后的结果文件
就是图中箭头所标识的那个，其余都默认不变，点击确定。
之后右键点击出现Source 对象—定义—点击特征树中结构网格StructuresMesh；
同理右键选中特征树中的声学网格
AcousticsMesh—确定。
双击Mapping Data.1如图：
出现如下对话框：
默认即可，然后选中中间的那个Compute。
之后右键Mesh Mapping—Update
14.导入场地点：插入—Field Point Meshers—ISO Power Field Point Mesh：
在红箭头的位置选中特征树中的声学网格AcousticsMesh，点击确定。
15.定义位移边界条件：插入—Acoustics Boundary Conditions and Sources—Add an Acoustics
Boundary Conditions and Sources之后按红箭头选中那两个区域：
点击确定。
结构树
Faces 出现在箭头区域选中结构树中声学网格AcousticsMesh。
双击：
出现如下图：单击箭头选项，出现
在箭头区域，选中导入的模型分析文件Mode Set.1 也就是如下图
点击确定,OK完成。
然后双击：
Load Case Assignments。
会出现如下对话框：
默认即可。
16.声场分布计算：插入—Acoustic Response—Acoustic Response Case，出现对话框
箭头区域一般默认直接选中边界条件，如果没有，那么也可以自己选：
然后点击确定。
双击：
频率范围根据自己设置，先用Remove 移除，然后在Add 之后别的都不变，默认，点击确定。
然后右键
箭头那个选项—Update。
17.场点计算：插入—Pre and Post-Precoseeing—Acoustics Field Reosponse Case，然后出现如
下图：
空格区域选中
其余不变，点击OK。
右键Acoustics Field Response Solution Set.1—Upadet。
计算结束后，在Acoustics Field Response Solution Set.1上单击右键，选着Generate Image，弹出对话框选中Pressure Ampitude dB（RMS），单击确定，就出来云图了。
18.计算频率响应函数：插入—Pre and Post-Precoseeing—Vector to Function Converion Case
出现如下图
19.
注意红色箭头所选的结构树中选项，照着选就可以了，其余就按图中选定便可，然后点确定。
右键
选着Create Single IOPpoint—New IOPpoint ，然后单击场点上的点（任意的），自由度自己看着选，点击OK确定。
利用同样方法可以多选几个点，这些点就是观察的，看看场点上的这些点在不同频率下的分贝数值。
都选完之后，在Load Vector to Function Solution Set.1上单击右键，选着New Function Display 在弹出对话框中选择2D display和Finsh，会弹线图，然后在Select Data 对话框中选择一个点，单击Display 然后再选择另外一个点，单击Add 最后在曲线的左边的Yaxis附近的Real上单击鼠标右键，选着Format —dB这时候曲线就是以dB的形式显示，最后别忘了保存结果。
