声学仿真基础介绍

软件组成及功能介绍
1. Virtual. Lab-Acoustic主要模块组成及功能：
• Harmonic/Transient Acoustic FEM； 时域/频域范围内求解纯声学问题及耦合声学问题
• Harmonic/Transient Acoustic BEM； 时域/频域范围内求解纯声学问题及耦合声学问题
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
网格要求：
BEM：对网格是否是四边形网格或三角形网格没有特定的要求；
• 对于FMBEM，网格必须是三角形网格；
FEM：对网格是否是六面体或四面体网格没有特定要求。 网格大小：要满足分析频率要求，一般单元尺寸要位波长的1/6； 传递导纳定义的界面网格要求：两个面上的网格节点要一一对应上； 映射网格要求：
激励与响应关系： p i0H i0A 2Q1F
模态方法求解：
第一步： H i2Qi 0
求模态
第二步： a i0H i0A 2Q1F
第三步： p iai a
求声压
求模态参与因子
有限元方法及边界元方法介绍
4. 边界元方法：无需建立三维的声学空间实体网格
直接边界元：
S
pY
GX ,Y i
• Fast Multiple BEM； 快速处理大型模型的声辐射问题，如整车声辐射问题，整个飞机的外场声辐 射问题等。
软件组成及功能介绍
Source
Flow-based
System
FEM-Acoustics
Mechanical Electro-magn
Test-based 1D
BEM-Acoustics RAY-Acoustics
n
Engine
Muffler
Anechoic Termination
Lwt P1
模拟试验中 的 吸声尖劈
模拟试验中 的 麦克风
如何使用Virtual. Lab对消声器的性能进行评估：虚拟实验
有限元方法及边界元方法介绍
1.软件中的数值方法目的：
求解波动方程，以计算各个场点的声压，以及分析声压的贡献来自于那些声 源；
n
vn
Y
G
X
,
Y
dS
pX
Ap Bv
[A], [B]：影响矩阵 {p}：节点压力 {v}：节点法向速度
pX
m
p
m
Sm
N
G
X, Y
n
J
()d
i vm N ()GX, YJ()d
m
Sm
pmam X
vmbm X
m
m
at p bt vn
有限元方法及边界元方法介绍
间接边界元：
S S S Y Y Y nY nY
2. 时域2与pr频,t域 c1的2 关2 pt系r2,t： 0
时域
pr,t ~p(r) eit
k 2 2 f c c
2 ~p k 2 ~p 0
频域
求解方程都为运动学方程与结构运动学方程相同，可以将振动与声学方程进行
3. 有限元方法：
耦合求解，从而实现声振耦合的效果。
运动学方程： H i A 2Q p i F
Source Engine
Microphones Array Muffler
Virtual. Lab中的实现
Lw1
模拟试验中的 ISO3744场点
Lw2
传递损失: TL
TL Lwi Lwt
声衰减: NR
NR 20 log(Pn / P1)
Source
Engine
Lwi
Muffler
P Source
p p ,
p p n n
p(Xห้องสมุดไป่ตู้)
S
(Y )
G(X ,Y )
nY
(Y
)
G(X ,Y
)
dS
Indirect BEM
Interior AND exterior Indirect (,) approach Symmetric system of equations No restrictions on domain : open, ribs, … Variational scheme
Ep PdV
V0
小振幅条件下 物态方程
声学动量方程
p
0
v t
声学连续方程
0v
t
'
声波物态方程
p1
c2 ' 0
声学波动方程
2 p 1 2 p 0 c2 t2
0
总能量方程
E
Ek
Ep
1 2
0V0
(v2
1 02c02
p2)
声学基础介绍
3. 声压、声功率及声强：
声压：听到的就是声压，是由于空气的压力脉动作用到人耳的鼓膜上所感受到的；标 量
• Raynoise； 采用射线声学理论处理高频声学问题
• SEA+： 统计能量方法求中高频声学问题
• ATV/MATV-Solver FEM/BEM; 求解声传递向量，主要用于处理振动表面与辐射点之间的传递矩阵，从而进 行快速求解；
• Inverse Numerical Acoustic 声学反问题求解，主要用于反求声源；
• 声学方程，声波的能量，声功率和声强； • 声级；
3）. 有限元方法及边界元方法介绍 4）. Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍 5）. Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
• 单位制； • 网格要求； • 单元的法线方向.
6）. Virtual. Lab 建模分析流程
声学仿真基础介绍
Virtual. Lab Acoustic Training
Name: Sun Xinbo – 孙新波 Email：xinbo.sun@lmsintl.com Mobile: 13917512172 Tel: 021-50796282-318
目录
声学仿真基础介绍目录：
1）. 软件组成及功能介绍； 2）. 声学基础介绍：
one side problem
both sides problem
Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍
频域边界元模块 频域有限元模块
导入网格模型或分析模型
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单位制：
Virtual.lab-Acoustic模块对单位制本身没有特定的要求，主要是根据建立的 网格模型尺寸，在导入模型时需要将模型的单位定义好。
声功率：从声源中辐射出的能量；标量 声强：垂直于声波传播方向，单位面积上通过的平均能量流；矢量
波长： 声压级：
声功率级： 声级的叠加：
声学基础介绍
声学基础介绍
产品声学性能评估-以消声器为例:
插入损失: IL
Source
Microphones Array
Engine
IL Lw1 Lw2
SEA
Receiver
Standard
Advanced
声学基础介绍
1. 声学波动方程
z dx
忽略粘性效应 牛顿第二定律
忽略高阶项
dz
y
dy x 微元体理论进行求解微元体 的平衡方程（运动，质量）
2. 声波能量
质量守恒定律 忽略高阶项
绝热边界 忽略高阶项
动能方程
Ek
1 2
0V0v 2
势能方程
V
• 在施加边界条件时一定要主要单元的法线方向，与法线方向一致是正值，否则为 负值。
Virtual. lab可以自动对网格法向进行自动检测：
Virtual. Lab 建模分析流程
确定分析类型
导入网格
对网格进行检查
定义材料及边界属性
定义载荷
定义求解参数
求解
数据后处理
Y+ Y-
G(X,Y) G(X,Y)
G(X,Y) G(X,Y)
nY
nY
X
Direct BEM
Interior OR exterior Direct (p,v) approach Non-symmetric system of equations
Closed domain Collocation scheme
• 映射规则是按照权重进行网格节点进行映射：
网格格式要求：
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单元法向要求：
有限元网格模型的法线方向总是指向声腔的一面； DBEM的法线必须指向流体存在的一面； IBEM的法线可以指向内也可以指向外，法线方向确定了单元的正方向与负
方向，为了保证计算结果的正确性，有必要让单元法向方向保持一致。