Actran13软件模块及功能简介

1、FFT ACTRAN,ACTRAN 13模块及功能介绍 张吉健 海基嘉盛科技有限公司,Free Field Technologies,1998，由Dr. Jean-Pierre Coyette、Dr. Jean-Louis Migeot创立 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/Vibro Acoustics, Actran for Nastran) 流动声学 (Actran/TM, Actr

2、an/DGM, Actran/Aero Acoustics) 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，从汽车风噪声、轮胎噪声、发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。,海基声学事业部,声学团队 10余人，均具有硕士以上学历，声学团队中有来自汽车、航空、船舶等行业背景，且具有许多咨询项目经验。 近几年咨询项目 汽车空调系统噪声分析、排气系统、内饰分析 汽车风噪优化分析 高速列车振动、气动噪声分析 某型飞机典型结构、环控系统、机翼声学设计与优化 螺旋桨噪声分析 换能器、声呐分析 某型核工业压水堆管道共振腔气动噪声分析

3、、声疲劳分析等 培训与教学 ACTRAN软件培训 Actran技术交流QQ群: 81289983 ACTRAN资料库: ftp:/ACTRAN:ACTRAN7:20,Locations,Some Automotive Customers,Some Aerospace Customers,Some Other References,The ACTRAN software suite,ACTRAN Vibro-Acoustics,ACTRAN Aero-Acoustics,ACTRAN Acoustics,ACTRAN VI,ACTRAN for NASTRAN,ACTR

4、AN Acoustics,声学仿真工具 基于声学有限元/无限元技术 声源: 点声源, 平面波, 管道模态, 结构振动 非均质流体(密度和温度梯度) 精确模拟管道声学问题的边界条件(解析解) 更多的功能: 传递矩阵法、不匹配网格、完美匹配层、粘热单元类型、辐射噪声的积分插值方法 典型应用 管道中声传播 振动结构辐射噪声 障碍物衍射 高性能求解器，并行技术,Exhaust Muffler,Diffraction w/ flow,Powertrain Radiation,ACTRAN VibroAcoustics,声振耦合仿真工具（结构动力学求解器+声学求解器） 丰富的有限单元与材料库: 声学有限元

5、与无限元 梁单元、弹簧单元、刚体单元、壳单元与实体单元 复合材料单元、薄壳单元，允许考虑预应力作用 (*) 多孔与多孔弹性单元（Biot、Lumped、Rigid、Delany-Bazley、Miki等五种多孔模型） Nastran to Actran转换器 压电材料单元，支持换能器、声纳与噪声主动控制模拟 (*) 真实的激励方式: 声学，运动学与动态激励 随机激励：湍流边界层、扩散声场（结构和流体）、相关激励，得到平均值、标准偏差、包络等 高性能求解器与并行处理,扬声器,侧窗声传递,壳体振动辐射噪声,ACTRAN AeroAcoustics,流致噪声仿真工具 支持大多数的CFD软件，并经过大

6、量实验验证； Lightill 声类比、Mhring 声类比适用不同领域； 可以提取面声源和体声源，采用积分插值方法； 支持流场插值的周期性和对称性； 在有限元网格上可以定义边界条件： 任何边界条件都可使用 ! 这是与其他处理方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的优势！ 可以与VibroAcoustics联合计算，进行振动/流动声学一体化分析 客户：Daimler, BMW, VW, Delphi, Visteon, John Deere, Brothers, PSA.,风扇噪声,空调管道,与实验结果比较,ACTRAN TM,唯一模拟航空发动机以及其他涡轮机械噪声的工具 特性

7、： 以管道模态方式定义声学激励，模态参数自动识别 非均质背景流下声音的传播 精确模拟声衬 客户: Airbus, Rolls-Royce, SNECMA, General Electric, MTU, Honeywell, Liebherr, Turbomeca, Aermacchi, ., Aermacchi, Airbus, Airbus,ACTRAN/DGM,唯一求解涡轮发动机排气噪声的工具 欧盟项目：TURNEX、MESSIAN 特性： 解决大温度梯度、剪切层流场的声传播问题 时域求解线性欧拉方程 (LEE) 支持非结构化网格，单元阶次自适应（最大16阶） 适用大规模问题的求解 导纳边

8、界、速度边界及考虑发动机安装效应的Thompson边界 可以导入常见CFD软件计算得到的平均流结果,Complex Exhaust Flow,Acoustic field, TURNEX Project,ACTRAN for NASTRAN,主要特性 从白车身到添加内饰材料整车模型的声学仿真工具 模态与物理坐标系的耦合求解 与 Nastran 完全兼容，支持超单元应用 满足计算精确性要求的同时，极大地提高求解速度 客户: Ford, Nissan, Rieter, .,Trim is everywhere,Superlement coupling,From BIW to trimmed bod

9、y,ACTRAN VI,ACTRAN各模块的前后处理器 提供脚本化语言编辑功能 方便快捷的前后处理功能 测量距离，测量角度，梁单元、边界条件可视化 指向性麦克风 云图、频谱曲线、瀑布图、指向性曲线 自动计算全局量、板块贡献量分析、传递损失计算 可以从云图结果提取场取频谱曲线结果 直接将频谱曲线转换为声音文件,Model creation and validation,Advanced post-processing,FRF Display Tool,What is ACTRAN ? (1),ACTRAN是进行声学，振动声学以及气动声学仿真的工具 ACTRAN基于有限元与无限元的算法 ACTRA

10、N提供了丰富的单元库，材料库，边界条件类型，求解方案以及求解器,Applications,振动结构的声辐射,声-振耦合仿真,管道封闭腔中的声传播,声透射-传递损失,What is ACTRAN ? (2),大多数情况下，将声学现象假设为线性问题。因此，ACTRAN求解的是线性方程组 proportionality between effect and cause ACTRAN可以模拟3D，2D以及2D轴对称问题,短舱的三维模拟,短舱的二维轴对称模拟,How Does it Work?,ACTRAN求解器 其输入可以是一个（或几个）文件，包含所有的模型信息（网格，材料属性，边界条件，输出需要等）

11、 输出结果文件和报告文件,Modeling Process with ACTRAN,可使用多种网格划分工具建立有限元模型，并且导出ACTRAN VI可读取得格式（CDB,BDF,UNV,DAT）。 ACTRAN模型在ACTRAN VI中建立。 计算结果的后处理可以在ACTRAN VI或其它后处理软件中进行。,Launching ACTRAN (1),ACTRAN可以在操作系统中以命令方式启动： Options: 例如,actranpy options,-i INPUTFILE, -inputfile=INPUTFILE name of the ACTRAN input file -m MEM,

12、 -mem=MEM, maximum amount of memory in MB that will be used by each process default is 100,actranpy i model.dat m 1000,Launching ACTRAN (2),用下面的命令可以得到可能的选项列表 Options:, actranpy u DIRECT -help,-s SCRATCH, -scratch=SCRATCH path to the scratch directory to be used default is scratch -report=REPORT name

13、 of the ACTRAN report directory default is report -radical=RADICAL radical of the information files written in the ACTRAN report directory default is actranpy -test run without solution for test purposes -errorlevel=ERRORLEVEL stop application at severity level X, with X in INFO, EFFICIENCY, WARNING

14、, CAUTION, FATAL default is FATAL,Launching ACTRAN (3),ACTRAN可以用图形界面的形式启动 - FFT Launcher Window平台下的启动 Start Menu All Programs FFT Actran_12.0 Actran Linux平台下的命令启动 $ACTRAN_PATH/Actran_12.0/bin/actranw,Launching ACTRAN (4),ACTRAN可以在ACTRAN VI中启动 启动界面与FFT Launcher类似 可以以拖拽的方式选择分析,ACTRAN Input File : Exam

15、ple (1),ACTRAN模型文件以ASCII格式,ACTRAN Input File : Example (2),ACTRAN Input File : Example (3),ACTRAN起始 BEGIN ACTRAN END ACTRAN 所有关键字段起始 BEGIN keyword integer END keyword integer ACTRAN起始内嵌,Concepts Introduction (1),ACTRAN模型包含多种不同的信息：网格描述，材料属性，分析参数等等。 ACTRAN中的模型信息： Domain and Element Set Material Compon

16、ent Boundary Condition Analysis Parameter Fields and Tables (advanced) 这些信息为ACTRAN的分析设置提供了直观、协调的结构。,Concepts Introduction (2),Domain：有限元单元的集合； Material：描述材料的物理和化学性质； Component：单元Domain的数值特性和物理属性的集合； boundary condition：单元的边界条件与载荷激励； analysis parameter：影响模型计算的一组参数。,Concepts Element Sets,当网格模型倒入ACTRAN

17、VI后： 自动创建TOPOLOGY ； 在划分网格时定义好单元类型（2D或3D，线性或二次）。 单元的定义方法取决与网格文件的格式（CDB, BDF, UNV, DAT,）,Concepts Domains (1),Domain是一组具有相同标识的单元的集合； 可以由各自的名称区分 Domain是从导入到ACTRAN VI的单元中定义出来的一组单元 Domain“All_1”包含TOPOLOGY1中的所有单元,Example: The domain “BC_surface” regroups the finite elements of the element sets: BdfShell.2

18、.quadratic.2.0.0 BdfShell.3.quadratic.2.0.0,Concepts Domains (2),ACTRAN支持的单元类型：,Concepts Materials (1),Material描述材料的物理和化学性质： Example of materials: Air Steel 具有类型和属性列表 Example of type: Fluid; Isotropic Solid; Porous; 材料属性的定义取决于实际材料的类型 Example of properties to be defined for a Fluid: Speed of Sound; D

19、ensity; Example of properties to be defined for an Isotropic Solid: Young Modulus Density Poisson ratio,The Fluid Material (2),流体材料是用于定义粘性和非粘性声介质的标准材料。 可以定义的属性有： 声速 默认值： 340 m.s-1 密度 默认值： 1.225kg.m- Cp 默认值： 1004 Cv 默认值： 716,The Fluid Material (3),ACTRAN输入文件中的语法,BEGINMATERIAL Id FLUID SOUND_SPEED val

20、ue FLUID_DENSITY value CP value CV value ENDMATERIAL Id,在ACTRAN VI中的定义方式,Concepts Materials (4),在ACTRAN VI中，不同的材料在材料树中： 可以在ACTRAN VI中导入、创建、修改以及导出各种材料。,材料树,材料类型选择,物理属性,Concepts Materials (5),可以导入外部文件中定义的材料 通用材料库 $ACTRAN_PATH/Actran_12.0/user/materials,Concepts Components (1),Component将单元的数值属性与物理性质归类可

21、以导入外部文件中定义的材料 Example of components: 使用一个“acoustic”组件模拟充满空气的空腔 使用一个“shell”组件模拟一块钢板 支持不同类型的组件，每个类型都有特定的属性和材料链接以及有限元domains Example of type: Acoustic; Solid; Shell. ACTRAN的组件相当于 ANASTRAN的 “Property” (PSOLID, PSHELL,PBEAM,) ANSYS的 “Element Type” (SOLID185, SHEEL181,),Concepts Components (2),在ACTRAN VI中

22、，所有的Component都包含在“Analysis”的“Model Solution Sequence”中。 一个Component可以与一种Material和一个或多个Domain相关联。,Material,类型,属性,Component适用的Domain,The Finite Fluid Component (3),流体有限元Component是模拟所有类型有限声介质的标准组件。 网格划分准则： 每个波长划分6-10个线性单元； 或者每个波长划分4-8个二次单元； 这仅仅是个保证精度水平的基本要求。,The Finite Fluid Component (4),ACTRAN输入文件中的语

23、法 POWER_EVALUATION 1用于激活耗散功率的计算（可选） MODIFIED_INTEGRATION 3激活一个不同单元的积分模式，以减少误差,BEGIN COMPONENTId ACOUSTIC MATERIAL material_id POWER_EVALUATION 1 MODIFIED_INTEGRATION 3 DOMAIN Acoustic_domain ENDCOMPONENT Id,ACTRAN VI中的定义方式 选择“Finite Fluid”作为Type。,The Finite Fluid Component (5),Finite Fluid component

24、自由面的默认边界条件为刚性壁面。 法向速度默认为0并且声波被完全反射。,自由表面 （刚性壁面）,The Infinite Fluid Component (6),在模拟自由声场辐射问题时，只对声源附近的声场使用有限单元进行离散，显而易见，不能将声传播的整个区域离散化。 ACTRAN采用无限元的方法模拟有限单元之外的无限区域。 无限元单元为2D单元，应用于有限元单元区域的外表面。 使用无限元的目的： 获得无反射边界条件； 计算远场声压级。,无限元单元（2D）,有限元单元（3D）,SPL,The Infinite Fluid Component (7),Infinite Fluid compone

25、nt是模拟无限声场介质的组件。 属性： 插值计算阶次（默认为5）； 参考坐标系（默认为椭球坐标系）。 Infinite Fluid component应用于有限元的外表面,The Infinite Fluid Component (8),在ACTRAN VI中定义： 选择“Infinite Fluid”作为Type 定义中心以及坐标轴,The Infinite Fluid Component (9),ACTRAN输入文件中的语法,The Infinite Fluid Component(10),定义参考坐标系的准则 参考坐标系的中心一般位于结构体的几何中心 参考坐标系一般为单位球坐标系 参考坐

26、标系的三个轴为： 1,0,0, 0,1,0, 0,0,1,The Infinite Fluid Component (11),Infinite Fluid component阶次的定义 远场的声压计算是一个截断的多级展开。 取决于： 无限元表面压力场的离散（无限元表面的网格细化程度） 插值阶次 节点数量的增加，可以模拟更复杂的辐射模式，同时也增加了求解的规模。,The Infinite Fluid Component (12),插值阶次会影响远场计算结果的质量。对于给定的精度水平： 当插值阶次增大，计算量随之增大，收敛性会降低。 如果不关心远场的计算结果，只是为了定义无反射边界条件，可以选择低

27、阶的插值 例如,有限元单元数量少，无限元表面接近声源：无限元要使用高阶次。,有限元单元数目多，无限元表面远离声源：无限元可以采用较低阶次。,The Infinite Fluid Component (13),可以进行半自由场的模拟（例如：半消音室）。 在这种情况下，Infinite Fluid的中心必须位于刚性面，以确保完全的半自由场反射条件。 无限元单元表面与刚性面边缘定义为零速度条件（v=0），并确保完全的反射。,The Infinite Fluid Component (14),无限单元的表面不需要必须为球体或者椭球体。 例如，可以是任何平行六面体。但是尖角附近的声压级结果会受到影响（尤

28、其方向性后处理）。 唯一的限制是，必须始终保持凸表面。,Concepts Boundary Condition (1),Boundary Condition定义单元的边界条件与激励条件。 Example of boundary condition : 某些节点上施加的压力 加紧约束 具有不同类型的边界条件，指定的振幅并且与所定义的单元domain相关联。 Example of boundary condition : 载荷 位移,Concepts Boundary Condition (2),Boundary Condition定义单元的边界条件与激励条件。 压力边界条件：可以导入某些节点上的

29、压力值 加速度边界条件：对有限元域表面施加法向加速度 速度边界条件：对有限元域表面施加法向速度 声源边界条件：可以定义球面波、平面波，但不能施加于domain ,Concepts Displacement Condition (3),ACTRAN VI中，所有的Boundary Condition都包含在“Analysis”的“Boundary Condition”中。,振幅,类型,定义的Damain,Concepts Pressure Condition (5),Actran关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Acceleration Condition (4),Actr

30、an关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Velocity Condition (6),Actran关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Monopole Condition (7),Actran关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Plane Wave Condition (8),Actran关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Cylindrical Wave Condition (9),Actran关键字与Actran VI定义界面。,Concepts Analysis Parameters (1),分析参数是一组影

31、响的计算模型的参数。 Example of analysis parameters: 频率范围； 求解器的选择； 定义输出。,Concepts Analysis Parameters (2),在ACTRAN VI中，大多数Analysis Parameters在计算属性和“Post-Processing”中定义。,后处理对象,Analysis properties window,Concepts,总结 Going Further 在ACTRAN中，所有的输入可以是复杂的值； 在ACTRAN中，边界条件的幅值、材料及部件的属性可以随频率变化。可以通过表格方式定义；,Calculation Procedures,ACTRAN是求解声学，振动声学和气动声学问题的多功能的仿真软件，针对工程师不同的仿真需要，可以采用不同的次序 提供六种解决方案： Direct Frequency Response Modal Frequency Response Modal Extraction Pellicular Analysis Green Analysis Compressible Flow 每次计算只能使用一种解决方案,Direct Frequency Response,Modal E