计算声学

计算声学软件概述

计算声学（CA）是CAE的重要一支，主要用于研究声环境与声疲劳等噪声问题。根据不同的分类方式，噪声可分为振动噪声与气动/流动噪声，或者中低频噪声与高频噪声。对应的研究方法主要有边界元法、有限元法、统计能量法。随着学术进步与硬件性能提升，有限元法取代边界元法的趋势日趋明朗。

主流声学软件中，Virtual. Lab Acoustic（原Sysnoise）以边界元为主，近年追加了振动噪声的有限元解算器；Actran以有限元/无限元为基础，提供振动/气动噪声的综合方案，对于气动/流动噪声、声振耦合、隔声降噪与声疲劳等问题独擅胜场；VA-One以统计能量法为基础，适用于系统级高频振动噪声问题。

除Actran等声环境与声疲劳分析软件之外，众多专用软件也异彩纷呈，诸如建筑声学与电声分析软件EASE、环境噪声分析软件Cadna/A等，均各显其能。EASE适用于大尺度建筑物内部声场分布计算以及音响设备电声品质的预测；Cadna/A适用于城市或区域环境噪声的预测、评估和控制方案设计。

现在的噪声分析软件主要有Vone（高频）、Sysnoise和ACTRAN等。

ACTRAN可以处理的问题包括：声波的辐射、散射、封闭和开放声场、声波在管道中的传播、对流效应、声振耦合、精确模拟阻尼等。ACTRAN简单易用，与CAE软件的集成方便快捷，历经工程验证，具有出色的鲁棒性和求解效率。

无缝集成英文名称：seamless integration 定义：一种无须数据格式转换，直接访问来自多种不同数据源数据格式的高级数据集成技术。ACTRAN可以与I-DEAS Master Series、MSC.Patran和Hypermesh等主流有限元前后处理软件无缝集成，并成为这些软件操作界面中的一个功能菜单，用户完全可以在熟悉的软件界面下操作ACTRAN，进行噪声分析，而不必担心需要重新熟悉一个全新的软件界面。

ACTRAN与MSC NASTRAN的耦合：对于装饰件建模和要求苛刻的振动声学应用，为什么不把世界上两个最好的方法结合在一起呢？用MSC.Nastran建立结构体模型，用ACTRAN/VA捕捉装饰件的声学和动力学特性。ACTRAN/VA能够真正将它的模型与NASTRAN的超单元结合起来，同时支持结构的模态描述。

声音传播：ACTRAN包含了预测声音在管道中传播的以下特有功能：在非均质背景流动下的对流传播、管道模态方式的激励（平面波和高阶模态）、传递矩阵和传输损失的计算。这些特有功能使ACTRAN非常适合于研究排气部件、进气歧管及柔性软管。

装饰件噪声优化软件— ACTRAN/TRIM：在ACTRAN软件家族中，ACTRAN/TRIM 是专门用来高效率分析大量装饰件布置优化的噪声分析工具。他可以在现有结构模态模型的基础上增加装饰件的ACTRAN模型，可以应用于汽车乘客舱、飞机客舱以及船舱的装饰降噪优化设计。例如对于汽车工业来说，可以迅速将白车身模型转化为包含装饰件的声学模型，进行装饰件的多方案优化设计。

高频噪声模拟软件 — ACTRAN/HF

ACTRAN/HF是一个用于大规模振动声学有限元模型的能量后处理工具集。利用由MSC.Nastran所产生结构模态模型和空腔模型，ACTRAN/HF 能够产生合成能量输出，包括注入能、势能、动能、耗散能和模态密度等。

经过优化的ACTRAN/HF可以处理非常大的振动声学模型，可以处理高达几百万个自由度的中高频问题。

5. 旋转机械流动噪声模拟软件 — ACTRAN/TM

ACTRAN/TM包含了分析旋转机械气动噪声需要的所有特征。激励被定义为与圆形、环形和矩形管道相关的模态，它的幅值根据商用CFD计算软件或ACTRAN/TM的CFD计算结果导出。ACTRAN/TM假定一个可压缩的背景流动，对流和折射的效应也被精确地考虑在内。进口和出口管道也可能安装了衬套，可以通过Myers边界条件将声衬阻抗的接触流动效应全部包括在内；可以在ACTRAN/TM中以入射管道模态的定义声音激励。

在航空工业，ACTRAN/TM被广泛用来优化机壳的声衬。ACTRAN/TM 的实际用途极为广泛，如直升机涡轮、空调系统风扇、冷却系统和推进器系统噪声。

6. 流动噪声模拟软件 — ACTRAN/LA

ACTRAN/LA是最新加入ACTRAN声学、振动声学、流动声学软件系列的。它建立在广受赞誉的旋转机械气动噪声预测软件ACTRAN/TM基础上，ACTRAN/LA模拟由湍流产生的宽带噪声。

ACTRAN/LA精确考虑流体动力声源的复杂边界条件，即可以求解外声场（机翼后缘噪声、侧镜噪声、起落架噪声），也可以求解内部声场（HVAC内部噪声、管道内流动噪声）。

ACTRAN/LA可以处理低马赫数的鼓风机和轴流风扇，是唯一能精确预测宽带、近场和远场噪声的软件。

ACTRAN / LA的主要有以下优点：

● 创造性的将Lighthill和FWH方法结合在一起，提供最精确可靠的流动噪声模拟结果

. 专业排气噪声模拟软件 — ACTRAN/DGM

因为发动机排气侧的气体流动剧烈、非等温、旋转、并且包含使声音产生折射的剪切层，所以声音辐射是非常复杂的。为处理此类问题，FFT 公司开发了使用非连续Galerkin方法求解线性化欧拉方程的

ACTRAN/DGM。它是在MESSIAEN研究项目的框架基础上发展起来的。它与ACTRAN/TM结合形成完整的发动机气动噪声解决方案。

8. ACTRAN软件系列还包括

扬声器声学模拟软件 — ACTRAN/LS

前后处理软件 — ACTRAN/VI

而对非均质流动和温度梯度效应的处理是ACTRAN Acoustics 的重要特色之一，ACTRAN能够精确统计消声器的温度梯度效应。除此之外，还包含了处理粘热效应的特殊单元，这对声波在窄通道和薄空腔中的传播特别重要，典型的应用如助听器、声纳阵面板等

流动噪声模拟软件ACTRAN Aero -Acoustics

1.介绍

ACTRAN Aero-Acoustics是预测湍流噪声的声学有限元软件，ACTRAN Aero-Acoustics从商业CFD程序(如Fluent、Star- CD、StarCCM、Powerflow以及Ensight)的模拟结果中获取流动声源。

完整的模拟过程包含以下三步。

(1)利用CFD程序完成非定常流动模拟。在每一个时间步，CFD的解(速度、密度和压力场)存储为CFD程序自身的格式或通用的Ensight格式。