声学常用数值方法和软件介绍.ppt

声学常用数值方法和相关软件介绍 科学技术进步 理论分析 实验研究 声学领域中基于物理原理的数学模型包括: 有限元(FEA ) 边界元(BEA ) 声线法(RAYBEAM TRACIN G) 统计能量分析(SEA ) 杂交方法 Hybrid Method 有限元法和边界元法 基于波动方程 适用于中低频段 模态密度小 统计能量法 和 声线声锥法 统计能量法基于能量流法 声线声锥法基于几何声学 适用于中高频段 模态密度大 有限元法 有限元模型是将求解区域划分为有限个单元网格, 用有限的网格去逼近连续的媒质 有限元方法适用于室内噪声分析。 可以运用有限元模拟各种声学介质，譬如流体、穿孔板等。计算固有频率，声模态，计算在频域、时域上的空腔的声模态和声振耦合响应，并且考虑流体效应。 使用有限元法的常用声学软件: LMS.SYSNOISE 结构有限元，声学有限元及其耦合 ANSYS 声学模块 Fluid 系列声学单元 MSC.Actran 有限元方法和无限元方法 VA ONE.Rayon有限元方法 边界元方法 边界元模型是一种将区域型问题转化为边界型问题的方法 边界元一般先将区域表面分割为多个单元, 然后求出各个单元的声压值和声压的法向导数值 根据求解区域的不同, 边界元模型分为直接边界元(DBEA )、间接边界元( IBEA ) 和瑞利法三种 直接边界元法只适用于求解具有封闭曲面的内部和外部问题, 方程中的未知函数就是所求物理量在边界上的值 间接边界元法具有广泛的适用范围, 可用于开 口、闭口或相交的表面, 对于封闭的表面, 该方法可同时解决内部和外部的问题 瑞利法是利用无限大障板上的活塞声辐射模型, 该模型的物理意义最为直观, 它先将辐射体表面离散, 每个单元被看成声辐射活塞, 设法得到每个单元的振动速度, 并求出此活塞在声场中任意一点产生的声压, 最后求出各个单元的在这一点的声压总和 使用边界元法的常用声学软件: LMS.SYSNOISE-- DBEM、 IBEM 、 VNoise---DBEM、 IBEM 、Coupled acoustic ESI.VA ONE.Rayon BEM 统计能量分析 统计能量分析方法是从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应 可以成功预测耦合结构元件和声学容积的噪声和振级, 也能很好地解决声场与结构间的耦合问题 对于受高频、宽频带随机激励的复杂结构动力响应及其噪声辐射问题, 用统计能量法更为有效 使用SEA的常用声学软件: ESI.AUTOSEA ESI.VA ONE Cambridge Collaborative SEAM 声线和声锥模型 声线法是基于几何声学的方法 , 当声波的频率较高, 即声波的波长小于房间中的反射面时, 可以用几何光学中反射面的概念把声的传播看成是沿声线传播的声能, 此过程中忽略声的波动性能 声线模型的使用条件是反射面尺寸远大于声波的波长, 而同时反射面的粗糙度远小于波长 几何声学使用声线或声锥跟踪的方法计算声的传播过程, 可用于封闭、半封闭或完全开放的空间 此方法假设空间每个具有确定功率的声源可向各个方向或具有一定指向性地向外辐射声音 声源之间可以相关也可以不相关 从每个声源发出的声线或声锥在每个接触的壁面上发生镜面反射, 其损失的声能量由每个表面的吸声特性决定 通过每个声接收点的声接收情况, 可以求出该点处随频率变化的稳态声压级 相关软件 LMS.RAYNOISE 其他方法 能量有限元法 Energy Finite Element Method 能量边界元法 Energy Boundary Element Method 杂交方法 Hybrid Method （FEA+SEA） * * 计算机软硬件技术的迅猛发展 数值模拟方法 第三种科研手段 数值方法广泛用于各种研究领域！ NV Level Frequency Low Freq. (100 Hz) High Freq. (100 Hz) NV Level Frequency Low Freq. (100 Hz) High Freq. (100 Hz) Structural FEM where [K] : Structural stiffness matrix [C] : Damping matrix [M] : Mass matrix [Fs] : Forces applied to the structure [Fp] : Forces due to acoustic pressure The structural equation of motion is given by 发展中！ *