10-Actran在换能器及声学分析中的应用
噪声分析软件Actran航空发动机声学问题解决方案
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)
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。
噪声软件Actran在列车声学设计中的应用_唐车
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Copyright hnologies
ACTRAN软件背景
FFT和ACTRAN创立的背景
两位教授开发的Sysnoise被LMS收购后，1998年选择离开！ 11家大公司于1999~2001年组成了ACTRAN联盟，资助两位教授开发ACTRAN，并 成为第一批客户 • 雷诺、宝马、标致、菲亚特、通用汽车等 整车企业 • 立达（Rieter）、哈金森（Hutchinson）汽车配件公司 • 空客 航空 • 壳牌石油、Glaverbel能源、材料 • 德国劳埃德船级社船舶
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
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ACTRAN AeroAcoustics
流致噪声仿真工具 特性：
支持大多数的CFD软件，并经过大量实验验证； Lightill 声类比、Möhring 声类比； 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...
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 9
Copyright Hi-keyTechnologies
ACTRAN Acoustics
声学仿真工具 典型应用
actran风机噪声计算_概述说明以及解释
actran风机噪声计算概述说明以及解释1. 引言1.1 概述ACTRAN风机噪声计算是一项重要的研究领域，通过模拟和计算风机在运行过程中产生的噪声，可以有效评估噪声对周围环境及人体健康的影响，并提供相应的减噪措施。
本文章将详细介绍ACTRAN软件在风机噪声计算中的应用方法和实例分析。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分将对文章的背景和目的进行概述；接着，第二部分将介绍ACTRAN软件以及风机噪声计算的重要性和应用领域；然后，第三部分将详细说明ACTRAN风机噪声计算的方法，包括声源建模与边界条件设定、声场传输方程的数值求解方法以及输入参数选择和模型验证等内容；紧接着，在第四部分，我们将通过实例分析来展示ACTRAN风机噪声计算在实际项目中的应用，并进行结果分析和讨论；最后，在结论与展望部分对本研究进行总结，指出存在问题并提出未来研究方向和应用前景。
1.3 目的本文旨在全面了解ACTRAN风机噪声计算方法，介绍该方法在实际项目中的应用，并对其进行有效验证和分析。
通过本文的阐述，读者将能够清楚了解ACTRAN软件在风机噪声计算中的潜力和优势，以及其对相关工程领域的重要性。
此外，本文还将提供改进方向和未来研究展望，以便读者可以更好地利用ACTRAN软件进行风机噪声计算相关工作。
2. ACTRAN风机噪声计算概述：2.1 ACTRAN软件介绍ACTRAN是一种用于进行噪声和振动分析的计算机软件。
它可以模拟和预测不同环境中的声学问题，包括风机噪声。
ACTRAN具有强大的计算能力和准确的结果，因此广泛用于工程领域。
2.2 风机噪声计算的重要性风机噪声是一种常见且影响人们日常生活质量的噪音污染源。
了解和控制风机噪声对于改善环境品质、提高工作场所舒适度以及改善居住条件都至关重要。
通过使用ACTRAN软件进行风机噪声计算，我们可以获得准确可靠的结果，进而采取合适的控制措施来降低噪声水平。
ACTRAN空调研讨会-管道声学分析
技术路线
为了分析和降低噪声，马自达选用了Nastran与ACTRAN联合仿真，预测与
优化进气歧管的噪声水平。
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进气歧管噪声优化分析需要的模块配置
ACTRANforNASTRAN
ACTRANDGM
ACTRANVibro-Acoustics
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Case 2 – 媒质流动的影响– 传递损失
9
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温度效应
传递损失
温度效应
600K
300K
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排气尾管噪声分析
声固耦合 开放的出口端 消声器 绝热层 吸声材料 穿孔板 流动效应 温度效应
Out (shell) In
Out (pipe)
2
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管道声学分析
管道声传播 管道振动辐射噪声 管道气流再生噪声
3
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气管道较短，排气系统噪声控制难度较大，必须借助数值分析技术预测 消声器性能并进行优化设计。
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技术路线
为了分析和降低摩托车排气噪声，铃木使用ACTRAN与其它CFD软件进行联
合仿真，实现快速分析排气噪声问题。
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actran气动噪声计算原理
actran气动噪声计算原理Actran是一种用于进行气动噪声计算的软件。
它基于声学有限元方法（Acoustic Finite Element Method, AFEM），可以模拟和分析各种复杂的气动噪声问题。
Actran的气动噪声计算原理是基于声学有限元方法和声辐射理论，通过对声源的建模和声波的传播进行数值模拟，来预测和评估气动噪声的产生和传播情况。
在进行气动噪声计算之前，需要先对气动流场进行数值模拟。
Actran使用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法来求解气动流场，并将结果作为输入用于声学模拟。
通过CFD方法，可以获得气动流场中的压力和速度等相关参数。
在声学模拟中，首先需要对声源进行建模。
声源可以是来自于空气流动的涡旋、湍流、尾迹等，也可以是来自于固体结构的振动和噪声。
Actran可以根据实际情况灵活选择不同的声源模型，例如，流体噪声源模型、结构振动噪声源模型等。
根据声源的特性和辐射方向，可以确定声源的边界条件。
接下来，在声学模拟中，需要对声波的传播进行数值模拟。
声波的传播是通过求解声波方程来实现的。
Actran使用声学有限元方法来离散化声波方程，并通过求解离散化后的方程组来获得声波的传播情况。
声学有限元方法将声波场分解为有限个节点上的声压值，并通过节点间的相互作用来模拟声波的传播。
在进行气动噪声计算时，需要考虑气动流场和声波的相互作用。
气动流场可以产生声源，并且会影响声波的传播特性。
同样地，声波的传播也会对气动流场产生影响。
Actran通过将气动流场和声波场进行耦合，来模拟气动噪声的产生和传播过程。
通过迭代求解耦合方程，可以得到气动噪声的分布和特性。
Actran还提供了丰富的后处理功能，可以对计算结果进行分析和评估。
可以对声压场、声强场等进行可视化展示，帮助用户更直观地理解气动噪声的分布和特性。
此外，还可以对不同声源的贡献进行分解和比较，以帮助用户识别和解决噪声问题。
流体机械声学仿真ACTRAN离心泵
流体机械声学仿真ACTRAN离心泵
ACTRAN离心泵仿真是一种流体机械声学仿真软件，用于研究离心泵的流体声学性能。
它可以预测离心泵的振动和噪声表现，进而改进流体机械的性能和可靠性。
ACTRA离心
泵仿真软件通过多种方法模拟离心泵系统的循环流体，其准确度能够在很大程度上表示泵系统中的振动和噪声特性。
ACTRAN离心泵仿真软件用于分析泵系统的特性、性能和可靠性，这些分析将直接影响
泵系统的有效性和可靠性。
通过使用该软件，我们可以根据实际环境和条件来模拟和可视化泵系统的声学和振动性能，这可以让我们更好的了解泵系统的性能。
此外，ACTRA离心泵仿真软件还可以预测泵系统的在现有操作条件下的振动和噪声输出。
这可以帮助我们更好的理解泵的性能，并通过改变设计参数以优化服务性能。
ACTRA离
心泵仿真软件还可以捕捉泵叶轮间的内部流动，帮助我们更详细的了解泵内部活动情况。
综上所述，ACTRA离心泵仿真软件是一种流体机械声学仿真软件，它可以帮助我们更好
的了解泵系统的性能，通过模拟泵系统的振动和噪声特性，使我们能够根据实际情况更好的设计泵系统，以改善离心泵的性能和可靠性。
声学仿真软件Actran新功能展示-BCA
Factory Equipment
Consumer Goods
Audio
Hearing Aids
Consumer Electronics Domestic appliance Power tools
Actran软件功能模块
Actran for Trimmed body
• 哪个声音更柔和？
• 哪个声音更刺耳？ 你更喜欢哪个声音？
ID 226
ID 158
ID 68
ID 91 ID 1
13
Confidential
ID 113
(2)Actran扬声器模拟：扬声器系统扬声器结构组件 Nhomakorabea14
Confidential
MSC Software Confidential
扬声器工作原理
• 作用:
• 减少CFD模型大小与计算时间 • 气动声源的复制使用
• 典型应用:
• 旋转风机噪声
箱体内的吸声材料
由于狭小缝隙的热黏性效应造成的能量损失
(2)Actran扬声器模拟：扬声器模拟
• Actran支持大多数结构模型的建立： • 扬声器组件模型； • 复合材料和预应力材料； • 扬声器箱体； • 车门/顶板。
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Confidential
Complete door model: the complete car structure effect can be modeled by means of SuperElements
Structure surface vibration
3. Post Processing and Analysis: Actran
ACTRAN空调研讨会-ACTRAN振动声学模块
11
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN支持的单元类型
如何模拟体？
6面体网格拓扑结构（8节点与20节点）
金字塔网格拓扑结构（5节点与13节点）
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ACTRAN支持的单元类型
单元类型表
ACTRAN Vibro-Acoustics
功能概览
单元类型
材料库
典型结构
激励&边界
问题类型
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激励与边界
点声源、平面波、线声源 点载荷、分布压力载荷 位移、振动速度、振动加速度 旋转自由度
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ACTRAN 模拟方法
ACTRAN提供两种方法模拟结构隔声性能（无限大障板结构向 自由场辐射声波）
声学有限元与无限元 瑞利面
声学有限元
瑞利面
声学无限元
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1 TL1 10 Log 10 Log 20分贝 1 0.01 TL2 10 Log
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1
1
2
1 10 Log 30分贝 0.001
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隔声性能测试方法
混响室与消声室并列或上下布置
两个混响室并列布置
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actran软件文档集合(二)
实验验证。
17.噪声分析软件Actran在阿丽亚娜5号火箭仪器舱声疲劳分析-文献(EN).pdf
有关Actran在阿丽亚娜5号火箭仪器舱声疲劳分析，包括摘要，简介，气动噪声
测试，分析过程，总结。
18.用噪声分析软件Actran的Impervious功能模拟不透声界面.pdf
方法，分析过程，结论，参考文献。
11.噪声分析软件Actran航空工业介绍.pdf 描述ACTRAN 航天工程应用简介、应用案例(1):太阳能板扩散声场模拟、应用 案例(2):雷达天线扩散声场响应、应用案例(3):ARIANE6有效载荷舱声学模拟 。
12.噪声分析软件ActranActran在空调行业的应用(综述).pdf 阐述了Actran在空调行业的应用，包括对Actran软件的介绍，以及在消声器 ，排气管设计，压缩机结构声学优化，风扇噪声，管道噪声等方面的应用
9.噪声分析软件Actran在阿丽亚娜5号火箭仪器舱声疲劳分析(EN).pdf
有关Actran在阿丽亚娜5号火箭仪器舱声疲劳分析，包括简介，气动噪声测试 ，分析模型，结论。
10.噪声分析软件Actran对轴流风机的噪声分析-文献(EN).pdf
主要研究Actran对轴流风机的噪声分析。包括总结，介绍，行业应用，研究
性能模拟，整车声学分析，汽车油箱噪声分析等。
3.噪声分析软件Actran受电弓气动噪声解决方案.pdf
有关噪声分析软件Actran受电弓气动噪声解决方案，包括背景知识，受电弓
仿真研究方法，案例分析，结论。
4.噪声分析软件Actran11软件模块介绍_合力叉车.pdf 包含了Actran11软件的模块介绍，包括FFT公司介绍，客户群，模板，材料， 求解器，其他特性以及典型的应用。
基于Actran的电声分析解决方案简介教程
海基科技公司业务与资质概述
• 海基科技引入Witness、Mentor Graphics、MSC、SCAI、EDEM、Simerics、CPFD、Infolytica等 先进CAE厂商的软件，提供流体、结构、电磁、声学、颗粒系统、工艺系统等多学科仿真的 综合解决方案与30余款专业的CAE软件产品，自主研发了试验数据与设计仿真管理平台，承 接工程咨询与开发项目300余项
• 分布的定常激励加载到与鼓膜连接的铜片上
扬声器
内部网格
自由场模型
案例2-手机扬声器计算结果
使用资源
▪在Windows64 台式机上使用2GB 的内 存计算速度为4秒/频率，计算频率最高 达到10kHz
4000Hz处的压力
辐射功率/激励
4000Hz处的压力分布
以专业产品助力工程研发，以真诚服务提升创新能力
电声行业典型用户
汽车行业典型用户
航空行业典型用户
材料库
• Actran 包含一个非常丰富的材料库
– 工业使用各种材料、各向同性及各向异性材料 – 粘热流体材料 – 多孔介质，Biot&Craggs模型 – 压电材料 – 复合材料
• 材料的特性和频率相关 • 可考虑材料阻尼对计算结果的影响 • 可考虑所有标准结构、声学各种激励、各种 边界条件
单元库
• Actran支持结构分析的各种单元库
– 结构实体单元 – 实体壳单元 – 薄壳单元 – 弹簧单元 – 质量单元 – 梁单元 – 加强筋单元 – 膜单元
• Actran超越一般的声学仿真软件，其声学模型可以包含结 构与流体，进行声振耦合分析。
边界条件—声学无限元
• 目标
– 定义一个无反射边界条件（自由声传播模型） – 可以对远场的声压级进行计算-> 场点谱线及其指向性曲线 – 具有模拟障板结构的能力
ACTRAN在电声领域的应用
案例5-耳机模型
ACTRAN可以模拟耳机结构与辐射声空间
粘-弹性单元定义振动膜 内外部近场声场采用有限元计算 远场声场采用无限元计算
采用1/2对称模型
节约CPU计算时间 激励对称+几何结构对称
几何结构
扬声器网格单元
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采用1/2对称模型
节约CPU计算时间 激励对称+几何结构对称
音响尺寸：高约40cm
几何结构 结构的网格 振动-声学网格
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案例1-低音扬声器计算结果
使用资源
在标准的Linux PC 机 上使用4GB 内存计算 了2 小时，计算频率最 高达到10kHz FRF 传递方程: 能量/激励
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/Aero Acoustics , Actran/TM, Actran/DGM,) 前后处理器 (Actran/VI)
剖面图 + 等值线图
多个云图+ 变形图
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案例1：低音扬声器
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案例1-低音扬声器模型
关键要素
扬声器采用粘-弹性壳单元 内外部近场声场采用有限元计算、远场声场采用无限元计算 粘热效应的计算采用有限元
actran 案例
ACTRAN是一种用于声学和振动分析的软件，可以模拟和预测各种结构的声学和振动行为。
以下是一些ACTRAN的应用案例：
1. 汽车噪声和振动分析：ACTRAN可以用于模拟汽车内部和外部的噪声和振动，帮助汽车制造商优化车辆的声学性能，提高乘坐舒适性。
2. 飞机噪声分析：ACTRAN可以用于模拟飞机发动机和机翼的噪声辐射，帮助航空公司和飞机制造商减少飞机的噪声污染，提高飞机的环境友好性。
3. 建筑声学分析：ACTRAN可以用于模拟建筑物内部和外部的声学环境，帮助建筑师和设计师优化建筑物的声学性能，提供更好的声学舒适性。
4. 电子设备噪声分析：ACTRAN可以用于模拟电子设备的噪声辐射，帮助电子制造商减少设备的噪声水平，提高产品的质量和可靠性。
5. 船舶噪声和振动分析：ACTRAN可以用于模拟船舶的噪声和振动特性，帮助船舶制造商和船东减少船舶的噪声和振动，
提高船舶的舒适性和安全性。
这些案例只是ACTRAN应用的一小部分，ACTRAN还可以在其他领域如消费电子、能源、航天等进行声学和振动分析。
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actran气动噪声mohring声类比法
actran气动噪声mohring声类比法
Actran气动噪声Mohring声类比法，也称为Mohring堆垛法，
是一种用于估计气动噪声的方法。
这种方法基于声学原理，通过将流体动力学模拟和声学模拟相结合，实现对气动噪声的预测和分析。
Mohring声类比法的基本思想是将复杂流体动力学过程转化为
等效的声学问题来解决。
这通过将气动噪声源视为等效声源，并将流场中的湍流运动转化为声场中的声振动来实现。
具体而言，Mohring声类比法使用Actran软件进行计算模拟。
该软件基于声学有限元分析（FEA）方法，结合了计算流体动力学（CFD）技术，可以模拟流体流动和声学传播过程。
它使用声学声源模块来模拟气动噪声源，并使用声学传播模块来计算声场的传播和响应。
使用Mohring声类比法进行气动噪声分析的一般步骤包括以下几个方面：
1. 定义气动噪声源：根据实际情况，确定噪声源的位置、特性和振动模式等。
2. 进行流体动力学模拟：使用CFD技术对流场进行数值模拟，得到流速、压力和湍流强度等数据。
3. 进行声学模拟：将CFD模拟结果导入到声学模拟软件中，
进行声学传播模拟，得到声振动的分布和特性等。
4. 进行声源分析：根据声学模拟结果，对气动噪声源进行特性分析，如声功率级和谐波分析等。
5. 进行声场分析：根据声学模拟结果，对声场进行分析，如声压级和声特性等。
通过上述步骤，可以得到气动噪声源的特性信息，以及声场的分布和响应。
这些结果可以用于优化设计和改进措施，以减少气动噪声的产生和传播。
基于ACTRAN的超声聚能器声场辐射仿真研究
将聚能器看作一种截面连续变化的管道，用于
收稿日期=2020-10-11
基金项目:陕西省教育厅专项科学研究计划项目(19JK0683) 作者简介:东鑫渊(1988-),男，陕西西安人，硕士，讲师，研究方向：机械设计，超声传感器及检测技术。 1•通讯联系人 ,E-mail: dongxinyuanl988@
32
计算技术与自动化
2021年6月
提高声源处辐射能量效率⑷。基本原理是聚能器
可以给声源提供声阻抗匹配，提高声场辐射能量。
设聚能器截面是坐标X的函数，声场辐射面按截面
积S = S(Q变化，则声辐射基本理论方程⑷：
d2p (dins \ dp _ 1 d2p
、
式中，P为声压，P = />( = )戶，Co为声速。 此方程解：炉(工)=AQ)尹"。 以设计出的指数形聚能器计算，其截面为：
第40卷第2期
东鑫渊:基于ACTRAN的超声聚能器声场辐射仿真研究
33
尉】（5）
(10)
（10）代入（7）,得一阶贝塞尔函数下的辐射场
声压.P = ]
*■
?(忌sin
一&)
rsin Q
由一阶贝塞尔函数性质:当力=0时人⑺=
小。总之,ACTRAN声场仿真结果与声辐射场机 理分析和贝塞尔函数模型分析结果一致。
y，则聚能器辐射声场指向性因数:
D®
=
（丸力 （丸）8=0
2J1 (Jza sin 0) 也 sin Q
(11)
指向性因数越大,声辐射场能量越集中，声波
传输越远。若D（0）越大，ka = 2血/入就要越大。
公式表明:指向特性与声源频率（入），聚能器开口
actran 单元库 特点 -回复
actran 单元库特点-回复actran单元库是一种用于噪声和振动分析的软件工具，具有许多独特的特点和功能。
在本文中，我将一步一步地回答有关actran单元库的题目，以便更好地了解它的特点和优势。
第一步：介绍actran单元库actran单元库是一个用于声学和振动模拟的软件工具，由LMS国际公司开发。
它提供了广泛的计算单元，包括声学单元、结构单元和耦合单元，可用于对复杂的声学和振动系统进行仿真和分析。
actran单元库还提供了一套强大的分析工具，包括声压级（SPL）、声音特性、转向特性、频率特性和模态分析，可帮助工程师更全面地了解系统的行为和性能。
第二步：actran单元库的特点1. 多领域耦合actran单元库具有多领域耦合的能力，可同时考虑声学和振动的相互作用。
它提供了各种耦合单元，如声学-结构耦合单元和流体-结构耦合单元，使用户能够模拟复杂的声音传播和振动现象。
2. 完整的材料库actran单元库包含了广泛的材料库，涵盖了各种声学和振动应用所需的材料。
用户可以根据实际需要选择适当的材料，并进行详细的声学和振动参数设置，以获得准确的分析结果。
3. 高效的求解器actran单元库使用高效的求解器来解决声学和振动问题。
它采用了先进的数值方法和优化算法，以提高计算效率和准确性。
这使得用户能够在短时间内获得高质量的分析结果。
4. 用户友好的界面actran单元库提供了直观易用的用户界面，使用户能够快速熟悉软件的操作。
它提供了丰富的可视化工具和分析选项，使用户能够更直观地理解系统的声学和振动特性。
5. 强大的后处理功能actran单元库提供了强大的后处理功能，可用于对分析结果进行详细的研究和评估。
它支持各种图表、图像和动画的生成，以便更全面地了解系统的行为和性能。
第三步：actran单元库的应用领域actran单元库广泛应用于各个行业，如汽车、航空航天、电子设备和建筑工程等。
它在汽车行业中用于模拟车内和车外噪声传播，以改善车辆的声学性能。
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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