如何在ANSYS WORKBENCH中做聲場(chǎng)分析

2016-08-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Ansys的聲場(chǎng)分析功能很弱,但是也有一些功能可以使用。

近期有朋友問到能否在ANSYS WORKBENCH中進(jìn)行聲場(chǎng)分析。我找到了MECHANICAL中對(duì)于聲場(chǎng)分析的幫助部分,它談的是如何進(jìn)行單向的結(jié)構(gòu)-聲場(chǎng)分析。下面先給出簡(jiǎn)略的翻譯,在最后面是筆者的評(píng)論。

【簡(jiǎn)略譯文】

WB允許你把一個(gè)結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析中的速度施加到聲場(chǎng)分析中。此時(shí)的諧響應(yīng)分析和聲場(chǎng)分析可以使用不同的網(wǎng)格。此時(shí),速度值會(huì)被映射并插值到目標(biāo)網(wǎng)格中。

聲場(chǎng)分析是通過ACT完成的。

進(jìn)行單向的聲耦合分析的流程如下:

(1)先拖入一個(gè)結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)分析,設(shè)置好并求解完。

(2)再拖入一個(gè)諧響應(yīng)分析模塊,使得其setup單元格與結(jié)構(gòu)的solution單元格相連。

(3)進(jìn)入聲場(chǎng)分析的Setup單元格,在Imported load folder中出入一個(gè)imported velocity載荷。

(4)設(shè)置imported velocity的細(xì)節(jié)視圖。確定是聲場(chǎng)的哪一個(gè)幾何體接受結(jié)構(gòu)分析傳遞過來的速度。

(5)設(shè)置imported velocity的細(xì)節(jié)視圖。設(shè)置source bodies,即源網(wǎng)格,以便進(jìn)行速度的映射。

(6)根據(jù)需要調(diào)整數(shù)據(jù)視圖頁。

(7)設(shè)置rigid transformation 屬性。主要是使得源網(wǎng)格和目標(biāo)網(wǎng)格的坐標(biāo)系匹配。

(8)修改mapper settings以達(dá)到希望的映射精度。映射可以通過mapping validation 對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)證。

(9)右擊imported velocity,在彈出菜單中選擇import load 以導(dǎo)入速度載荷。

【評(píng)論】

1. 這是在MECHANICAL中唯一關(guān)于聲場(chǎng)分析的說明,它闡釋的是如何在WB中進(jìn)行單向的結(jié)構(gòu)-聲場(chǎng)的耦合仿真。在上述步驟中,重點(diǎn)在闡述如何把結(jié)構(gòu)的速度傳遞到聲場(chǎng)分析中,以作為聲場(chǎng)分析的聲源。

2. 讀者最關(guān)心的問題,應(yīng)該就是在ANSYS16的WB中,能否直接支持聲場(chǎng)分析?上面的翻譯表明,“聲場(chǎng)分析是通過ACT完成的”。這意味著它尚未提供模塊來直接做聲場(chǎng)分析,但是使用ACT,是可以做到這一點(diǎn)的。

3. 何謂ACT? 它是應(yīng)用自定義工具包( Application Customization Toolkit ,ACT)的簡(jiǎn)稱。這個(gè)自定義工具包是做什么的?可以這樣說,MECHANICAL的整個(gè)界面,以及其實(shí)現(xiàn),都可以用ACT來完成。換一句話說,我們?cè)诮?jīng)典界面中完成的絕大部分功能,都可以借助ACT在WB中完成。

4. ACT是什么樣子的?總體上,它包含兩種文件,一種是XML文件,主要用于定義界面,例如在MECHANICAL中添加一個(gè)工具欄,工具欄上添加一個(gè)按鈕,或者添加一個(gè)菜單項(xiàng),或者在模型樹中添加一個(gè)對(duì)象,并設(shè)置好對(duì)象的細(xì)節(jié)視圖等。另外一個(gè)文件是PY文件,該文件是用PYTHON語言編寫的,它用于響應(yīng)XML文件中那些界面元素。例如當(dāng)用戶按下一個(gè)按鈕以后,它可以添加一些邊界條件,這些邊界條件可能是現(xiàn)在的MECHANICAL所不能提供的。在其中可以肆無忌憚的調(diào)用APDL的命令,從而可以完成異常復(fù)雜的功能。

5. 使用ACT以后的MECHANICAL會(huì)是什么樣子?如果用戶能熟練使用ACT,那么我們可以推斷,用戶就可以定制自己的MECHANICAL,而由于在PYTHON中可以調(diào)用任意的APDL命令,而APDL命令是經(jīng)典界面的心臟。從而我們可以推斷,使用ACT的MECHANICAL,可以完成經(jīng)典界面的絕大部分功能。實(shí)際上,我們看到,隨著ANSYS版本的更新,在WB中已經(jīng)把經(jīng)典界面中的一些高級(jí)功能越來越多地向WB轉(zhuǎn)移。顯然,ANSYS自己清楚,工程師們都喜歡WB,而不喜歡經(jīng)典界面,但是經(jīng)典界面的分析功能又的確遠(yuǎn)超過WB,所以,ANSYS在不斷的使用ACT進(jìn)行編程,在新版的WB中提供越來越多的高級(jí)功能。筆者估計(jì),在WB中進(jìn)行自由的聲場(chǎng)分析,應(yīng)該不會(huì)遙遠(yuǎn),希望下一個(gè)版本就會(huì)提供。畢竟,聲場(chǎng)分析用得很多,按照ANSYS現(xiàn)有的技術(shù),提供一個(gè)聲場(chǎng)分析模塊應(yīng)該不是問題。

6. 我們?cè)撛趺崔k?現(xiàn)有的版本并沒有提供對(duì)聲場(chǎng)分析的單獨(dú)支持。我們恐怕只能在經(jīng)典界面中操作,等待新版本的出現(xiàn)。但是,如果讀者確有興趣,是可以自己學(xué)習(xí)ACT的,學(xué)好了ACT,就不用總是等待ANSYS那些編程人員。不過,如果學(xué)習(xí)ACT,還不如自己用經(jīng)典界面做聲場(chǎng)分析,速度反而更快。

而對(duì)于專業(yè)聲音分析,我們建議是使用Actran,這是一款專業(yè)的聲音分析軟件。

ACTRAN是FFT公司的旗艦產(chǎn)品。ACTRAN最初定位于聲音的傳播(因而定名為ACTRAN),它現(xiàn)在已經(jīng)覆蓋了振動(dòng)聲學(xué)和流動(dòng)聲學(xué)的各個(gè)方面,具備了與當(dāng)今最先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的廣泛特征。

比利時(shí)FFT (Free Field Technologies)公司是由Jean-Pierre 和 Jean-Louis 博士于1998年創(chuàng)立。早在十年前Jean-Pierre 和 Jean-Louis就認(rèn)識(shí)到有限元技術(shù)和無限元技術(shù)在計(jì)算聲學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的前景,因此FFT公司在成立之初就專注于基于有限元和無限元技術(shù)的計(jì)算聲學(xué)軟件的開發(fā),今天當(dāng)更多的計(jì)算聲學(xué)軟件供應(yīng)商也認(rèn)識(shí)到有限元和無限元技術(shù)在計(jì)算聲學(xué)中的領(lǐng)先地位時(shí),FFT公司已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域辛勤耕耘了十年,這一切使FFT成為計(jì)算聲學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

ACTRAN可以處理的問題包括:聲波的輻射、散射、封閉和開放聲場(chǎng)、管道中的傳播、對(duì)流效應(yīng)、聲振耦合、精確模擬阻尼等。ACTRAN簡(jiǎn)單易用,與CAE軟件的集成方便快捷;同時(shí)歷經(jīng)工程驗(yàn)證,具有出色的魯棒性和解算效率。FFT公司和?；萍紝I(yè)的支持服務(wù)是您獲益的有力保證。

ACTRAN是當(dāng)今市場(chǎng)上最完善的聲學(xué)模擬軟件?；谟邢拊蜔o限元方法的通用技術(shù),ACTRAN提供了豐富的單元庫、材料庫、邊界條件、求解配置和求解器。ACTRAN被最挑剔的工程師、研究人員和教師用來求解具有挑戰(zhàn)性的振動(dòng)聲學(xué)和流動(dòng)聲學(xué)問題。

作為計(jì)算聲學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先者,ACTRAN的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在以下了四個(gè)方面:

完整性

ACTRAN除了包含其它計(jì)算聲學(xué)軟件的全部特征之外還包含了許多獨(dú)有的技術(shù)特征,例如:

● 聲波在非均質(zhì)運(yùn)動(dòng)流體中的傳播

● 物理坐標(biāo)與模態(tài)座標(biāo)求解技術(shù)相結(jié)合,增大了ACTRAN的解題規(guī)模

● 內(nèi)含對(duì)有回響和無回響空間的模擬

● 聲音通過復(fù)合材料/夾層結(jié)構(gòu)的傳輸和吸收

● 面向工程的激勵(lì)和邊界條件,包括:聲襯邊界條件、擴(kuò)散聲場(chǎng)激勵(lì)、湍流邊界層激勵(lì)、落雨激勵(lì)和隨機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)激勵(lì)

與其它有限元軟件的內(nèi)在一致性

ACTRAN基于一個(gè)眾所周知、經(jīng)過充分驗(yàn)證的數(shù)值技術(shù)——有限元方法。ACTRAN因而與其它有限元程序保持了內(nèi)在的一致性,容易與其它主要的CAE工具連接、結(jié)合以及比較。

計(jì)算性能

ACTRAN中含有很多特色解算器,典型的如ACTRAN中的快速計(jì)算頻率響應(yīng)函數(shù)的Krylov解算器,不僅革命性的大幅提高了解算效率,而且還帶來以下優(yōu)點(diǎn):

● 計(jì)算頻率響應(yīng)函數(shù)的速度比傳統(tǒng)有限程序至少快一個(gè)數(shù)量級(jí)。

● 接近于線性的并行加速比。

● 既可用于無阻尼系統(tǒng),也可用于阻尼系統(tǒng)。

集成

● ACTRAN具有NASTRAN、ABAQUS、ANSYS結(jié)構(gòu)分析程序的無縫接口。

● ACTRAN具有Fluent、Star_CD、Star_CCM、Powerflow、Ensight等CFD程序的直接接口,以及通用的HDF格式接口,用于提取聲源和加入非均質(zhì)流體效應(yīng)。

● 與主流的有限元前后處理工具直接無縫集成,包括I-DEAS Master Series、MSC.Patran及Hypermesh。用戶可以使用這些工具的標(biāo)準(zhǔn)功能以及具有同樣風(fēng)格的ACTRAN對(duì)話框和圖標(biāo)菜單。

ACTRAN 模塊:

ACTRAN Acoustics 是所有ACTRAN軟件系列的基礎(chǔ),它可以高效率地模擬聲音輻射問題以及聲音在管道和空腔中的傳播。典型應(yīng)用包括變速箱輻射噪聲、汽車進(jìn)氣和排氣噪聲、水下聲傳播,以及飛機(jī)、汽車、建筑物的空調(diào)系統(tǒng)噪聲。

ACTRAN VibroAcoustics 是完整的振動(dòng)聲學(xué)模擬軟件。它提供豐富的單元庫、材料庫以及各種面向工程實(shí)際的邊界條件,可以模擬振動(dòng)噪聲、聲振耦合、聲疲勞等復(fù)雜問題,與ACTRAN AeroAcoustics相結(jié)合,可以耦合求解當(dāng)今最具挑戰(zhàn)性的振動(dòng)和流動(dòng)噪聲耦合問題。

ACTRAN for NASTRAN 是包含ACTRAN和NASTRAN所有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的高級(jí)振動(dòng)聲學(xué)模擬軟件。用來模擬汽車、飛機(jī)、航天飛行器的艙室裝飾優(yōu)化及其它所有的聲振耦合問題。

ACTRAN TM ACTRAN TM 是分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲輻射、優(yōu)化聲襯等聲學(xué)處理部件的專業(yè)軟件。典型應(yīng)用包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、管道冷卻系統(tǒng)和直升機(jī)渦輪噪聲模擬等。

ACTRAN DGM 利用非連續(xù)有限元求解線性歐拉方程。用于模擬在復(fù)雜流動(dòng)條件下的噪聲傳播。典型應(yīng)用包括渦輪排氣噪聲、大型渦輪進(jìn)氣噪聲等。

ACTRAN AeroAcoustics 專業(yè)的湍流噪聲模擬工具。即可以求解外聲場(chǎng)(機(jī)翼噪聲、后視鏡噪聲、起落架噪聲),也可以求解內(nèi)部聲場(chǎng)(HVAC內(nèi)部噪聲、管道內(nèi)流動(dòng)噪聲)

ACTRAN VI 是ACTRAN家族所有產(chǎn)品前后處理工具。

ACTRAN系列軟件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用航空航天、汽車、鐵路機(jī)車、船舶、兵器、工業(yè)機(jī)械、家用電器等行業(yè),成為主流的噪聲模擬軟件。

Actran軟件在歐洲得到廣泛應(yīng)用。空客公司與Actran常年合作。