SAMCEF有限元 振动噪声分析实例.docx

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SAMCEF有限元振动噪声分析实例

第16章振动噪声分析实例

16.1.容器声学响应分析

16.1.1概述

本例研究了一个在外部声场影响下，结构tank与acousticcavity（声腔）之间的作用关系。

分析过程包含以下几个方面：

（1）首先，我们需要分析tank与acousticcavity耦合后的物理性能；这里主要是考核tank与acousticcavity耦合的模态特征。

（2）第二个步骤，我们需要的考察耦合对结构的影响程度。

比如，acousticcavity在频率响应计算中对tank的影响：

没有acousticcavity的结构与有acousticcavity的tank，频率响应的峰值将出现在不同的频率。

这些在前面的算例中我们已经详细的介绍过。

（3）第三步我们将水注入tank作为激励，研究在周期性激励下tank与acousticcavity耦合的频率响应。

（4）第四步我们将研究tank外部加声场响应的传播规律。

16.1.2启动

在此步骤中我们对tank与acousticcavity耦合下的振动特性进行分析，为频率响应做基础。

（1）启动samceffield；

（2）在SolverDriverSettings对话框中设定以下参数：

-Domain=Vibroacousticanalysis

-Solver=OOFELIE（thiswillbesetautomatically）

-Analysistype=Modal

（3）点击接受参数；

（4）在菜单栏中选择File\ImportGeometry；

（5）在Import对话框中选择

按钮；

（6）选择samcef安装目录下Brep\Vibroacoustic\tank.brep，点击按钮导入模型，如图16-1。

（7）选择菜单栏中的File\Saveas将文件另存一个文件名。

16.1.3建立分析数据

点击

按钮进入分析数据模块。

在这部分的学习中我们通过建立不同的特征behavior来形成不同的模型域（“Tank”和“acousticcavity”）。

（1）点击

按钮定义特征，选择作为Behavior，确定PlaceOn后的列表中选择的是，点击按退出；

（2）点击

按钮定义材料，选择，输入水的参数：

-MassDensity=1000kg/m³

-SoundSpeed=1500m/s

确定PlaceOn后的列表中选择的是，点击按退出；

（3）点击

按钮；

（4）选择作为Behavior；

（5）输入Thickness的厚度15mm；

（6）确定PlaceOn后的列表中选择的是；

（7）您需要选择除进出水口截面外的所有面，如图16-2所示（除去右侧所选两个面的所有面，共38个）。

图16-1导入的tank模型图16-2需选择作为shell的“Face”

（8）点击后按退出；

（9）点击

按钮；

（10）Materials的特性选择；

（11）输入以下材料特性参数：

-Type:

Isotropic

-Youngmodulus:

2.1e11Pa

-Poissonratio:

0.3

-Massdensity:

7800kg/m³

（12）确定PlaceOn后的列表选择的是；

（13）同样，您需要选择除进出口截面外的所有面；

（14）点击后按退出；

（15）点击

按钮；

（16）在Constraintype选项中选择；

（17）确定PlaceOn后的列表选择的是，仍旧选择除进出口截面外的38个面，如图16-3所示；

（18）点击；

（19）Constraintype选择；

（20）PlaceOn后的列表中选择；

（21）按住键选择进出口截面上的边（共8条），如图16-4所示；

图16-3选择Face约束类型图16-4选择edge进行约束

（22）点击后按退出；

现在所有的分析数据定义完毕，在数据树中的分析数据如图16-55所示。

16.1.5划分网格

（1）点击按钮

进入网格划分模块；

（2）选择“tank”，并点击

按钮；

（3）在Averagelength对话框中输入单元的平均尺寸60mm；

（4）点击后按退出；

（5）点击

按钮划分网格，在ComputeMesh对话框中选择复选框，点击开始划分网格，划分完毕后数据树中的网格信息如图16-6所示。

图16-5数据树中的分析数据图16-6数据树中的网格信息

16.1.6计算模态结果

（1）点击 

按钮进入求解模块；

（2）点击

按钮；

（3）在SimulationSet对话框中将求解类型设定为模态；

（4）在选项中设定为，取30；

（5）点击

 按钮设置求解文件；

（6）点击按钮

进行求解；

（7）求解结束后按退出；

16.1.6查看结果

（1）点击

按钮进入结果查看模块；

（2）在数据树中选择“Nodeldisplacement”；

（3）在数据树中隐藏几何及网格信息；

（4）在工具栏中点击，移动对话框中的滑条查看各阶频率及振型，图16-7中为第8阶振型，频率为187.5Hz。

（5）选择数据树中的“nodalfluidpressure”，可以查看“acoustic”的振动特性。

图16-8中为“acoustic”的第5阶振型。

（6）我们得到耦合结构的前10阶频率为：

30.2Hz，86.6Hz，100.1Hz，115.6Hz，156.5Hz，175.6Hz，187.5Hz，244.3Hz，277.8Hz，346Hz。

图16-7tank的第八阶振型图16-8acoustic的第5阶振型

16.1.7未耦合结构的模态分析

本章节我们将单独计算tank的固有频率，以此研究未耦合acoustic的tank与耦合acoustic的tank在固有频率上的区别。

（1）读取模型

在samcef安装目录Brep\Vibroacoustic\下，找到“tank_model_uncouple.brep”导入。

将文件另存一文件名。

（2）建立分析数据

按图16-9的操作屏蔽（ignore）不需要的分析数据（Volume_on_tank，acoustic_on_tank，Vibroacoustic_interaction_Panel）。

图16-9屏蔽不需要的分析数据

（3）提交求解

进入Solver模块点击，并点击

进行求解。

（4）查看并对比结果

这里得到“tank”的前10阶固有频率的结果为41.6Hz，126.2Hz，148.7Hz，151Hz，221.4Hz，250Hz，261.8Hz，309.7Hz，354Hz，459Hz。

由此可以发现，tank与acoustic耦合后的频率低于tank的频率。

在tank中加入acoustic增加了质量，因此，频率有所降低。

16.1.8谐响应分析

我们已经知道了系统的共振频率以及耦合振动的各阶频率，现在，我们将研究耦合结构在任意频率激励下的响应。

Samcef通过扫频法进行谐响应分析，因此本例在给耦合模型施加激励后，samcef会对该结构的所有频率进行扫频，得到响应结果。

1.导入模型

打开位于samceffield安装目录下的模型文件tank_modal.sfield。

将文件另存一文件名进行下一步操作。

2.建立分析数据

（1）点击

按钮进入分析数据模块；

（2）改变求解器，可以在菜单栏中Edit\AnalysisDriver，也可以在工具栏中点击

，在弹出的对话框中进行如图16-10的设置。

图16-10设置求解器

3.选择进水口截面（如图16-11所示），施加波动角速度。

图16-11施加波动角速度

（1）按图16-12给acoustic重新编辑设置水的材料性能数据。

（2）如图16-13设置tank的材料性能数据；

图16-12acoustic材料性能数据图16-13tank的材料性能数据

4.求解

（1）点击

按钮进入求解模块；

（2）在工具栏中选择，在出现的对话框中进行图16-14所示的设置；

图16-14设置求解参数

（3）点击提交计算。

并观察如图16-15所示的状态窗口。

图16-15求解状态窗口

6．结果查看

（1）点击

按钮进入结果查看模块，并在数据树中选择节点流动压力（nodalfluidpressure）；

（2）在工具栏中选择，在出现的对话框中进行图16-16所示的设置；

（3）节点流动压力（nodalfluidpressure）如图16-17所示；

图16-16设置结果查看对话框图16-17节点流动压力（nodalfluidpressure）结果

（4）点击如图16-18所示的，在出现的对话框中拉动滑条即能得到不同频率对应的结果；

图16-18得到不同频率对应结果的工具栏操作

（5）在数据树中点击“function”\“acousticpower”，如图16-19所示，得到图16-20所示的响应曲线。

图16-19在数据树中选择响应曲线图16-20得到的频率响应曲线

16.1.9谐响应分析（考察声学传播规律）

在前面小节的学习中，我们了解了声学与结构耦合的谐响应分析。

当tank在进水口受到水流波动角速度的激励（水流的正弦波动）且当此激励频率接近耦合体固有频率的位置时，响应能会有所放大，出现共振的现象。

此时，响应在Tank外部的acoustic域会产生相应的辐射。

通过建立合理的物理数据及几何模型，响应传播的介质在samceffieldoofelie模块中能被很好的构建和求解。

外部的响应传播介质可以用“AcousticBEMRadiationSurface”定义在tank外的面上。

本例中，我们将以“AcousticBoundryElement”划分单元，并研究在一固定的频率200Hz下的传播介质。

1.导入模型

打开上一章节的tank_hamonic.sfield文件，另存一个文件名。

2.建立模型

（1）进入模型构件模块；

（2）点击菜单栏中的File\ImportGeometry；

（3）在samcef的安装目录中寻找“tank_fp.brep”，选择并点击；

（4）新生成的模型如图16-21所示；

3.建立分析数据

（1）点击按钮进入分析数据设定模块；

（2）在数据树中选择“tank”，点击，在Constrainttype中选择，并按以下参数输入，在placedon中选择，在图形中选择前文中提到的38个面，如图16-22所示；

MassDensity:

1.21kg/m³

SoundSpeed:

340m/s

PlaneofsymmetrynormaltoXaxiswithanXcoordinateof1010mm

图16-21生成的模型图16-22定义acousticbemradiationsuface

（3）选择“tank_fp”定义为constrainttype，如图16-23所示；

图16-23定义VisualisationSet

4.网格划分

（1）点击按钮进入网格划分模块；

（2）选择“tank_fp”并在工具栏中点击，在出现的对话框中将单元长度设为100mm，点击工具栏中的划分网格。

5.求解

（1）点击按钮进入求解模块；

（2）点击进行求解参数设置，在出现的对话框中输入以下参数，如图16-24所示；

Initialfrequency:

200Hz

Endfrequency:

200Hz

Frequencystep:

3Hz

Solutiontype:

FullyCoupledHarmonic

Resolutiontechnique:

Coupledmodalsuperposition

Typeofsolver:

Upperfrequency

Upperfrequency:

400Hz

图16-24设定求解参数

（3）求解；

6.查看结果

（1）点击按钮进入结果查看模块；

（2）在数据树中点击“Nodalfluidpressureonboundry”查看如图16-25所示的结果；

图16-25Nodalfluidpressureonboundry结果

16.2声学衍射分析

16.2.1概述

本例将通过一声源在柔性墙上发生的衍射来研究进行结构与声源的互相影响，为了得到衍射作用产生的频率结果，我们将建立一个频率响应分析流程。

16.2.2启动并建立模型

（1）启动samceffield；

（2）在SolverDriverSettings对话框中设定以下参数：

-Domain=Vibroacousticanalysis

-Solver=OOFELIE（thiswillbesetautomatically）

-Analysistype=Harmonicresponse

（3）点击接受参数；

（4）在菜单栏中选择File\ImportGeometry；

（5）在Import对话框中选择

按钮；

（6）选择samcef安装目录下Brep\Vibroacoustic\cruved_wall.brep，点击按钮导入模型，重复操作导入“cruved_wall_fp，如图16-27”。

图16-26导入的模型图16-27数据树中的模型结构

（7）点击

按钮，输入X=700mm，Y=0，Z=-1300mm建立矢量点；

（8）在数据树右击生成的矢量点（point1），选择；

（9）点击File\Saveas保存文件；

16.2.2建立分析数据

（1）点击

按钮进行分析数据的定义;

（2）选择图16-34数据树中的curved_wall

，点击

定义特征；

（3）选择;

（4）选择数据树中的curved_wall，点击

定义材料；

（5）选择“Elastic”作为材料性能，并按以下参数输入铁的材料性能数据；

-Type:

Isotropic

-Youngmodulus:

2.1e11Pa

-Poissonratio:

0.3

-Massdensity:

7800kg/m³

-Kindofdamping:

Structuraldamping

-Structuraldampingcoefficient:

0.01

（6）选择数据树中的curved_wall

，并点击

定义约束；

（7）选择图16-28所示的面，定义clamp约束；

图16-28约束curved_wall的侧面

（8）重复步骤6，约束类型选择；

（9）按以下参数输入空气中声音传播相关数据；

（10）定义对称面垂直于x轴；

（11）加载面placeon选择“face”，并选择除图16-28所示面的所有面完成定义；

（12）选择数据树中的“curved_wall_fp”

，点击

定义约束；

（13）约束类型选择完成设定；

（14）选择数据中的矢量点；

（15）点击

定义载荷；

（16）选择”Bemacousticresouce”类型；

（17）参数的实数部分输入3.0e-3m3/s，虚数部分为0；

（18）选择加载对象为矢量点，并选择；

（19）分析数据定义完成，数据树如图16-29所示；

图16-29数据树中的分析数据

16.2.3网格划分

（1）选择

进行网格划分操作；

（2）选择数据树中的“curved_wall”，并点击按钮

定义单元长度；

（3）输入单元平均长度为100mm；

（4）选择数据树中的“curved_wall_fp”，定义相同的单元平均长度；

（5）选择数据树中的三个体素，并点击

按钮划分网格，最终形成的网格数据见图16-30；

图16-30数据树中形成的网格数据

16.2.4提交计算

（1）点击

进行求解参数设定；

（2）选择按钮

定义参数，并输入以下参数；

-Initialfrequency:

10Hz

-Endfrequency:

250Hz

-Frequencystep:

10Hz

-Solutiontype:

FullyCoupledHarmonic

-Resolutiontechnique:

Coupledmodalsuperposition

-Typeofsolver:

Upperfrequency

-Upperfrequency:

400Hz

（3）确定参数提交求解；

16.2.5检查结果

（1）点击

进行结果查看操作；

（2）选择数据树中的“Nodalfluidpressureonboundary”；

（3）右击鼠标并选择

，在出现的对话框中，实数标准选择；

（4）在图示比例（colorscale）对话框中选择最大值为0.2Pa，最小值为0Pa，选择“FreezeBounds”以及“Outofboundssatration”；

（5）点击reference

，在出现的对话框中移动滑条查看每阶频率对应的结果；

（6）选择数据树中的”NodalfluidPressureonBoundary”，点击工具栏中的

，在出现对话框后，选择图16-31（a）中所示的节点；

（7）点击生成图16-31（b）所示的响应曲线；

（a）（b）

图16-31选择节点及所绘制的响应曲线