Actran在管道噪声领域的应用-2010

Actran在发动机进排气系统

的应用FreeFieldTechnologies1998，由Dr.Jean-PierreCoyette、Dr.Jean-LouisMigeot创立总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部1999-2001，雷诺,标志,菲亚特,通用汽车,空中客车,壳牌石油,德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件

专业的声学仿真工具（Actran/Acoustics）:

振动声学(Actran/VibroAcoustics,ActranforNastran)

流动声学(Actran/TM,Actran/DGM,Actran/AeroAcoustics)

前后处理器(Actran/VI)

服务:培训,技术交流,工程咨询,特别开发

科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。LocationsSomeAutomotiveCustomersTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN应用实例

Actran关注的问题?管道噪声入射、反射、透射声波传递损失插入损失壳体噪声声压辐射功率辐射效率Actran支持的应用激励前端设备的激励支撑点的激励物理模型流固耦合管道末端开口共振腔绝热层声吸收体穿孔板流动效应温度梯度应用实例管道噪声Case1:温度梯度Case2:流动效应Case3:复杂管道系统壳体辐射噪声管道整体的振动声学模拟Nastran超单元的应用Case1–温度梯度的影响Case1–问题描述例子:消声器

传递损失TL：TL=10log10(Wincident/Wtransmitted)入射声能透射声能无反射边界条件Case1–不考虑温度梯度-能量平衡后处理:入射、反射、透射模态声能Wincident=(Wtransmitted+Wreflected)PowerBalanceCase1–不考虑温度梯度–传递损失TransmissionLossCase1–考虑到温度梯度的影响Actran能够分析当地声速和密度的温度效应.管道内的温度场能够利用外部的热分析软件计算，或者使用Actran计算（简化假设）.600K300KCase1–温度梯度的影响–传递损失Case2–媒质流动的影响Case2–问题描述声速172.3m/s媒质密度77.35kg/m^3出口端无反射入口段声压0.2N/m²,i.e.80dB出口端流速平均值16.92m/sFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase2–无流条件–传递损失TransmissionlossCPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒质流动的影响–传递损失Case3–复杂管网系统Case3–Actran与传递矩阵法解析解传递矩阵法存在一些限制几何形状简单

只能是平面波模式无法计算辐射噪声,不能考虑结构吸收均质媒质为了解决复杂模型,可以将传递矩阵法与Actran联合使用支持复杂几何形状分析可以达到连接管最高截至频率可以考虑辐射噪声与结构耗散流与温度梯度效应复杂模型计算流程？TMManalyticcodesarelimitedtothelowestcut-onfrequencyofalltheelements(inlet/outlet/internalduct).Ex:TMManalyticcodescanperformtheTLcomputationonlyuntil2000Hz.Finlet=8000HzFinternal=2000HzFoutlet6000HzMix-method(ACTRAN+TMM)cancomputetheTLuntilthelowestcutonfrequencyoftheinlet/outletduct.Ex:Finlet=8000HzFinternal=2000HzInthiscase,ACTRANcanperformtheTLcomputationuntil6000HzCase3–计算流程Task2a:ACTRANModelcreationTask2b:ACTRANcomputationsTask1:Geometry–DivisionintosubsystemsTask3:ResultsrecombinationusingTMMTobeperformedforeachcomponentCase3-1-声源声源:I1=C+R*R1I1

：入射声压,R1

：反射声压,R：声源反射因子(与声源阻抗相关)C：声强.声源反射因子R与

声源阻抗Z的关系:R与声源类型相关(例如边界条件):声压边界条件BC:R=-1(全反射，入射波与反射波相位相差),C=P0.速度边界条件:R=1(全反射，入射波与反射波无相位差),C=V0/(ρ.c)平面波模式(使用Actran的管道模态):R=0(无反射),

C=入射声压振幅Case3-2-子系统扩张管能够用一个传递矩阵表示:如何计算传递矩阵因子呢?激励扩张管进口端，在出口端用模态方式激励对于多种载荷，只需运行一次即可I1R1I2R2I1=1R1=FREEI2=FREER2=0I1=0R1=FREEI2=FREER2=1Case3-3-出口端出口端的边界条件: ε：出口端的反射系数ε可以在出口端施加模态激励求得:I2=1R2=FREECase3-4-重组计算消声器插入损失计算每个组件的传递矩阵全局矩阵由各个子矩阵相乘得到:SinceI2isknown,onecangettheSPLatanypointoftheoutside!TT=T1*T2*T3T1T3T2P=1I2

R2

I1

R1

壳体辐射噪声壳体噪声–问题Exampleofadominantvibrationoftheheatshieldat380Hz模拟绝热层的声辐射绝热层简化模型子系统:考虑绝热层对称模型模型是对称的(几何+激励)建立半个模型，然后转化为整个模型Actran的优势粘弹性材料/单元库与Nastran一致支持不匹配网格结构与流体的自动耦合多层结构每一层都有独立的属性可以使用高阻尼材料Actran计算每一层耗散的能量Krylov快速求解器,比模态方法更佳应用于自由场问题系统可以是高阻尼的丰富的边界条件典型的边界条件:力，速度，位移约束..应用Nastran超单元绝热层+声场绝热层与声场结合网格:绝热层+外部声学单元

结果-云图SPL[dB]inthefarfieldRealpartofthepressureStructuredeformationSPL[dB]inthenearfield结果–频响函数Rad_eff=Wrad/(ro*c*A*V**2)场点声压级[dB]结构辐射效率多层绝热层Multi-layeredheatshield绝热层为多层结构:金属-粘弹性层-金属Visco-elasticlayerpropertiesthickness:0.16mmYoungmodulus:2.1e+08PaLossfactor:20%Poissonratio:0.3Density:2000kg/m³Comparisonsinglelayervs.multi-layer管道整体振动声学模拟整体模型AcousticFEM/IEMinterface消声器内部声学网格外部流场网格Actransupportsincompatiblemesheswherevernecessaryfluid1(ρ1,c1,T1)fluid2(ρ2,c2,T2)出口端排气噪声+“壳体”辐射噪声

单一模型管道壳体网格振动声学模型有限元模型16,000节点66,000单元网格650无限元边界条件:简支或其他任何边界条件激励:入口端平面波支撑点的振动有限元+无限元

单元网格外部声场管道壳体内部声场结果结构位移内部声场SPL能量谱外部声场超单元的应用超单元连接ActranActran将模型信息附着在连接节点上（Craig-Bampton超单元缩减法）真实模型连接利用超单元连接Nastran

Craig-Bampton超单元缩减法模态方法输出OP2文件列出应用超单元的节点结果位移（419Hz）振动:自由边界vs.超单元结论Actran是最完整的研究管道噪声的工具Actran一次分析可以囊括所有的问题:内部声场：真实