如何在ANSYS WORKBENCH中做聲場分析
2016-08-21 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
Ansys的聲場分析功能很弱,但是也有一些功能可以使用。
近期有朋友問到能否在ANSYS WORKBENCH中進行聲場分析。我找到了MECHANICAL中對于聲場分析的幫助部分,它談的是如何進行單向的結構-聲場分析。下面先給出簡略的翻譯,在最后面是筆者的評論。
【簡略譯文】
WB允許你把一個結構諧響應分析中的速度施加到聲場分析中。此時的諧響應分析和聲場分析可以使用不同的網格。此時,速度值會被映射并插值到目標網格中。
聲場分析是通過ACT完成的。
進行單向的聲耦合分析的流程如下:
(1)先拖入一個結構的諧響應分析,設置好并求解完。
(2)再拖入一個諧響應分析模塊,使得其setup單元格與結構的solution單元格相連。
(3)進入聲場分析的Setup單元格,在Imported load folder中出入一個imported velocity載荷。
(4)設置imported velocity的細節(jié)視圖。確定是聲場的哪一個幾何體接受結構分析傳遞過來的速度。
(5)設置imported velocity的細節(jié)視圖。設置source bodies,即源網格,以便進行速度的映射。
(6)根據需要調整數據視圖頁。
(7)設置rigid transformation 屬性。主要是使得源網格和目標網格的坐標系匹配。
(8)修改mapper settings以達到希望的映射精度。映射可以通過mapping validation 對象進行驗證。
(9)右擊imported velocity,在彈出菜單中選擇import load 以導入速度載荷。
【評論】
1. 這是在MECHANICAL中唯一關于聲場分析的說明,它闡釋的是如何在WB中進行單向的結構-聲場的耦合仿真。在上述步驟中,重點在闡述如何把結構的速度傳遞到聲場分析中,以作為聲場分析的聲源。
2. 讀者最關心的問題,應該就是在ANSYS16的WB中,能否直接支持聲場分析?上面的翻譯表明,“聲場分析是通過ACT完成的”。這意味著它尚未提供模塊來直接做聲場分析,但是使用ACT,是可以做到這一點的。
3. 何謂ACT? 它是應用自定義工具包( Application Customization Toolkit ,ACT)的簡稱。這個自定義工具包是做什么的?可以這樣說,MECHANICAL的整個界面,以及其實現,都可以用ACT來完成。換一句話說,我們在經典界面中完成的絕大部分功能,都可以借助ACT在WB中完成。
4. ACT是什么樣子的?總體上,它包含兩種文件,一種是XML文件,主要用于定義界面,例如在MECHANICAL中添加一個工具欄,工具欄上添加一個按鈕,或者添加一個菜單項,或者在模型樹中添加一個對象,并設置好對象的細節(jié)視圖等。另外一個文件是PY文件,該文件是用PYTHON語言編寫的,它用于響應XML文件中那些界面元素。例如當用戶按下一個按鈕以后,它可以添加一些邊界條件,這些邊界條件可能是現在的MECHANICAL所不能提供的。在其中可以肆無忌憚的調用APDL的命令,從而可以完成異常復雜的功能。
5. 使用ACT以后的MECHANICAL會是什么樣子?如果用戶能熟練使用ACT,那么我們可以推斷,用戶就可以定制自己的MECHANICAL,而由于在PYTHON中可以調用任意的APDL命令,而APDL命令是經典界面的心臟。從而我們可以推斷,使用ACT的MECHANICAL,可以完成經典界面的絕大部分功能。實際上,我們看到,隨著ANSYS版本的更新,在WB中已經把經典界面中的一些高級功能越來越多地向WB轉移。顯然,ANSYS自己清楚,工程師們都喜歡WB,而不喜歡經典界面,但是經典界面的分析功能又的確遠超過WB,所以,ANSYS在不斷的使用ACT進行編程,在新版的WB中提供越來越多的高級功能。筆者估計,在WB中進行自由的聲場分析,應該不會遙遠,希望下一個版本就會提供。畢竟,聲場分析用得很多,按照ANSYS現有的技術,提供一個聲場分析模塊應該不是問題。
6. 我們該怎么辦?現有的版本并沒有提供對聲場分析的單獨支持。我們恐怕只能在經典界面中操作,等待新版本的出現。但是,如果讀者確有興趣,是可以自己學習ACT的,學好了ACT,就不用總是等待ANSYS那些編程人員。不過,如果學習ACT,還不如自己用經典界面做聲場分析,速度反而更快。
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作為計算聲學領域的技術領先者,ACTRAN的先進性主要體現在以下了四個方面:
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ACTRAN除了包含其它計算聲學軟件的全部特征之外還包含了許多獨有的技術特征,例如:
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● 物理坐標與模態(tài)座標求解技術相結合,增大了ACTRAN的解題規(guī)模
● 內含對有回響和無回響空間的模擬
● 聲音通過復合材料/夾層結構的傳輸和吸收
● 面向工程的激勵和邊界條件,包括:聲襯邊界條件、擴散聲場激勵、湍流邊界層激勵、落雨激勵和隨機運動學激勵
與其它有限元軟件的內在一致性
ACTRAN基于一個眾所周知、經過充分驗證的數值技術——有限元方法。ACTRAN因而與其它有限元程序保持了內在的一致性,容易與其它主要的CAE工具連接、結合以及比較。
計算性能
ACTRAN中含有很多特色解算器,典型的如ACTRAN中的快速計算頻率響應函數的Krylov解算器,不僅革命性的大幅提高了解算效率,而且還帶來以下優(yōu)點:
● 計算頻率響應函數的速度比傳統(tǒng)有限程序至少快一個數量級。
● 接近于線性的并行加速比。
● 既可用于無阻尼系統(tǒng),也可用于阻尼系統(tǒng)。
集成
● ACTRAN具有NASTRAN、ABAQUS、ANSYS結構分析程序的無縫接口。
● ACTRAN具有Fluent、Star_CD、Star_CCM、Powerflow、Ensight等CFD程序的直接接口,以及通用的HDF格式接口,用于提取聲源和加入非均質流體效應。
● 與主流的有限元前后處理工具直接無縫集成,包括I-DEAS Master Series、MSC.Patran及Hypermesh。用戶可以使用這些工具的標準功能以及具有同樣風格的ACTRAN對話框和圖標菜單。
ACTRAN 模塊:
ACTRAN Acoustics 是所有ACTRAN軟件系列的基礎,它可以高效率地模擬聲音輻射問題以及聲音在管道和空腔中的傳播。典型應用包括變速箱輻射噪聲、汽車進氣和排氣噪聲、水下聲傳播,以及飛機、汽車、建筑物的空調系統(tǒng)噪聲。
ACTRAN VibroAcoustics 是完整的振動聲學模擬軟件。它提供豐富的單元庫、材料庫以及各種面向工程實際的邊界條件,可以模擬振動噪聲、聲振耦合、聲疲勞等復雜問題,與ACTRAN AeroAcoustics相結合,可以耦合求解當今最具挑戰(zhàn)性的振動和流動噪聲耦合問題。
ACTRAN for NASTRAN 是包含ACTRAN和NASTRAN所有技術優(yōu)勢的高級振動聲學模擬軟件。用來模擬汽車、飛機、航天飛行器的艙室裝飾優(yōu)化及其它所有的聲振耦合問題。
ACTRAN TM ACTRAN TM 是分析旋轉機械噪聲輻射、優(yōu)化聲襯等聲學處理部件的專業(yè)軟件。典型應用包括飛機發(fā)動機、管道冷卻系統(tǒng)和直升機渦輪噪聲模擬等。
ACTRAN DGM 利用非連續(xù)有限元求解線性歐拉方程。用于模擬在復雜流動條件下的噪聲傳播。典型應用包括渦輪排氣噪聲、大型渦輪進氣噪聲等。
ACTRAN AeroAcoustics 專業(yè)的湍流噪聲模擬工具。即可以求解外聲場(機翼噪聲、后視鏡噪聲、起落架噪聲),也可以求解內部聲場(HVAC內部噪聲、管道內流動噪聲)
ACTRAN VI 是ACTRAN家族所有產品前后處理工具。
ACTRAN系列軟件已經被廣泛應用航空航天、汽車、鐵路機車、船舶、兵器、工業(yè)機械、家用電器等行業(yè),成為主流的噪聲模擬軟件。
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