FEM-PML的计算

某舱段辐射声场的FEM-PML计算
Part 1: 结构模型和机械载荷定义
此部分和前面耦合声学有限元的结构定义完全一致，所以细节从略，只把主要步骤列出如下。

（1）导入结构模态Op2文件cylin-nastran.op2（含结构网格）
这里需要特别注意的是将结构模型根据单元属性的不同进行分组，如下图。

然后编辑模态阻尼为1%，在此基础上可以通过云图和动画等进一步检查结构模态特性。

（2）在内部加强筋上选择一点施加单位白噪声频谱载荷
（3）点击菜单【File】 【Save】，给定路径和文件名，将结构模型存盘备用。

（4）退出结构模型。

Part 2: 声学模型和声振耦合分析
（1）进入声学有限元环境
启动b后，单击菜单【Start】→【Acoustics】→【Acoustic Harmonic FEM】进入声学有限元环境，如图所示。

进入声学有限元
（2）导入舱段声学有限元网格
单击菜单【File】→【Import】，然后将文件格式Files of type设置为NASTRAN Bulk File，选择Training_Data\5\fem_pml目录下的fem-pml.bdf文件，单击【Open】按钮，然后弹出导入对话框；选择Finite Element Mesh项和Properties and materials项，并在Properties and materials项上设置如下图的自动生成网格分组选项；最后将长度单位设置成Meter，质量单位设置成Kilogram，时间单位设置成Second；单击【OK】按钮可以导入分组的舱段网格。

=>
导入声学网格
（3）定义网格的类型
单击菜单【Tools】→【Set Mesh Parts Type】，弹出设定网格类型对话框，如图所示，选中所有网格，然后单击【Set as Acoustical】按钮，最后单击【OK】按钮。

设定网格的类型
（4）创建场点网格
单击菜单【Insert】→【Field Point Mesh】→【ISO Power Field Point Mesh】，在Model Mesh处选择特征树上的声学网格如下图，然后单击【OK】按钮创建标准的ISO声功率计算场点网格。

（5）前处理操作
单击菜单【Insert】→【Acoustic Mesh Preprocessing Set】，在特征树上出现前处理分支Acoustic Mesh Preprocessing Set.1，并弹出前处理选择对话框，选择Nodes and Elements下的所有声学网格（不要选场点网格），然后单击【OK】按钮关闭对话框。

此时在Nodes and Elements下面自动生成Acoustic Enelovope.1的声学网格的包络网格（外表面网格），在此单击鼠标右键，选择【Update】。

（6）定义流体材料
单击材料【Inset】→【Materials】→【New Materials】→【New Fluid Material】，弹出流体材料对话框，在Name输入框中输入Water，在Sound Velocity的Real输入框中输入1500m_s，在Mass Density的Real输入框中输入1000Kg_m3，单击【OK】按钮关闭对话框。

（7）定义流体属性
通过属性，将流体材料定义到有限元所包含的声场上。

单击菜单【Insert】→【Properties】→【New Properties】→【New Acoustic Fluid Property】，弹出定义流体属性的对话框，如图所示，在Name输入框中输入Water Property，用鼠标单击Application Region输入框，用鼠标单击特征树上Nodes and Elements下面
的fem-pml → Acoustic Mesh网格，然后用鼠标单击Fluid Material输入框，用鼠标单击特征树上Materials下面的Water，或者直接单击，然后从列表框中选择Water，最后单击【OK】按钮关闭对话框。

（8）定义PML单元
单击菜单【Insert】→【Properties】→【New Properties】→【Perfectly Matched Layer Property】，弹出定义PML属性的对话框，如图所示，在Name输入框中输入任意你希望的名称，然后鼠标单击Application Region输入框，用鼠标单击特征树上Nodes and Elements下面的fem-pml → Acoustic Mesh网格下面的34/39/ 40三个分组（如图），最后单击【OK】按钮关闭对话框。

（9）保存当前文件
单击菜单【File】→【Save】保存当前文件，选择与导入的声学网格时相同的目录，并给定所需要的文件名如Acoustic-PML.CATAnalysis。

（10）导入结构模型
单击菜单【File】→【Import】，然后将文件格式Files of type设置为V5 Analysis，选择刚才保存的舱段结构有限元模型，单击【打开】按钮。

（11）创建声腔内表面分组（声振耦合面）
单击菜单【Insert】→【Mesh Grouping】→【Group Set】，然后在生成的Group Set.1特征树上右键单击选择【Mesh Grouping】→【Auto-Update Group】，在弹出菜单上选择 - Section by Geometry => - Feature Angle。

然后综合利用菜单【View】→【Depth Effect】和【Hide/Show】功能基于Envelop网格显示创建出声腔包络的内表面分组并命名Acoustical Coupled Surf（声振耦合面）。

（12）创建声振耦合分析
单击菜单【Insert】→【FEM Analysis Cases】→【Vibro-Acoustic Response Analysis Case】，然后按照下图定义选项：其中Load Function Set选择刚导入的结构分析模型中定义的载荷频谱Loaded Function Set，Structural Mode Set选择刚导入的结构分析模型中的结构模态Mode Set.1。

单击【Ok】。

（13）定义声振耦合面的映射矩阵
打开在12步中生成的特征树分支，分别定义Vibro-Acoustic Mesh Mapping.1中的Structural Mesh为刚导入的结构分析模型中的PSHELL 3和PSHELL 4分组；Acoustical/Surrogate Mesh为12中定义的组。

然后按照下图定义并【Compute】映射矩阵。

（14）定义求解参数并提交计算
双击12步中生成的特征树分支：Vibro-Acoustic Response Solution Set.1弹出定义窗口，然后在Result Specifications页中将Edit Frequency Range选择为User Defined，在右边的Start输入框中输入500Hz，在End 输入框中输入1000Hz，在Linear Step输入框中输入10Hz，单击【Add】按钮完成定义，同时将场点结果选定为Save As Vectors，单击【Ok】按钮。

最后右键单击Vibro-Acoustic Response Solution Set.1并选择【Update】提交声振耦合计算，观察计算过程。

（15）声场分布云图绘制
计算结束后，在Vibro-Acoustic Response Solution Set.1单击鼠标右键，选择【Generate Image】，在新弹出的对话框中选择Pressure Amplitude dB(RMS)，单击【OK】按钮关闭对话框，在特征树上出现Pressure Amplitude dB(RMS).1。

单击菜单【View】→【Render Style】→【Shading with Material】，用带材料着色的样式显示模型。

双击特征树上的Pressure Amplitude dB(RMS).1，在弹出的对话框中，利用Selections 页选择要显示的区域，在Occurrences页中选择其他阶频率，可以看到舱段表面的的声压dB(RMS)云图，如图所示是1000Hz时的声压dB云图。

舱段表面和场点的声压dB云图
（16）场点频响曲线计算
单击菜单【Insert】→【Other Analysis Cases】→【Vector to Function Conversion Case】，弹出对话框，如下图所示，从特征树上选中Vibro-Acoustic Response Solution Set.1，Input and Output Points设置成All Field Points，单击【OK】按钮关闭对话框。

在Load Vector to Function Solution Set.1单击鼠标右键，选择【Update】开始计算。

计算结束后，在Load Vector to Function Solution Set.1单击右键，选择【New Function Display】，在弹出的对话框中选中Pressure Amplitude dB(RMS)，单击【OK】按钮后，可以看到各场点上的声压频响曲线，如图所示是500Hz~1000Hz时不同测量点的声压频响曲线。

场点上的声压频响曲线。