干货┃一篇文章了解Wave6振动噪声仿真分析流程
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干货┃一篇文章了解Wave6振动噪声仿真分析流程

发布时间:2022/1/7 来源:杰索 238
1、软件介绍

达索系统SIMULIA Wave6是具有领先技术的全频率结构/声学分析软件,其涵盖了声学计算的有限元、边界元及统计能量方法,用户在获得Wave6的license后,能够在单一界面、一个分析模型中同时使用上述各种方法。Wave6能够准确高效模拟结构振动、结构传递噪声、空气传播噪声、流体噪声(如气动噪声)、电磁噪声等复杂声学问题。

2、噪声分析的三要素

工业界针对不同产品噪声性能评估时,不论是噪声仿真、噪声测试还是噪声控制,通常会考虑三个要素:噪声源、噪声传递路径、接收者。
 
噪声源项即为产生噪声的源头和原因,其可以引起结构振动,或者引起介质(如空气、水等)中质点的振荡从而使能量波在介质中的传播。
对于振动噪声仿真分析,可以参考如下两种加载方法:
 
若已通过数值解析计算或者测试方法得到引起结构振动的激振力,则可以直接将激振力施加到振动噪声模型中,此时仿真模型的网格建立需要包含结构网格和声传播网格,即计算得到的结果包含了结构振动和声传播两部分。
Wave6软件中提供了多种形式的加载选项,包括加载在点、面、空间的载荷及产生混响效应的载荷等。

若已通过ABAQUS软件计算得到了结构的振动,则可以将包含振动结果的odb文件导入到Wave6中。
 
需要注意的是,导入的振动结果可以是时域数据也可以是频域数据,若是时域数据,则可以在Wave6中进行数据的时频转换,如下图所示;若是频域数据则可直接进行加载。
 
将导入的振动结果作为声源激励,可通过Wave6中的“Fluctuating Surface Velocity”选项进行加载。

噪声分析三要素中噪声传递路径和接收者的确定即为噪声仿真模型的创建过程。Wave6软件针对分析对象和分析频率范围,提供了结构有限元、声学有限元、边界元、统计能量等建模方法,这些模块在Wave6软件中统称为子系统。

在软件中,可以非常方便地将几何和网格部件设置为子系统。以创建边界元子系统为例,Wave6软件中不区分直接边界元和间接边界元方法,参与建模的网格可以为封闭形式,也可以为不封闭的形式。边界元子系统的部分属性设置如下图所示。
 
最后,为了提取计算结果,需要在提交计算之前设置外声场监测点或数据恢复面,外声场监测点可以直接指定几何点,数据恢复面可以通过指定面网格来生成。
 
通过在Wave6中设置噪声源、创建声学模型子系统及最终声学监测点及数据恢复面,即可在Wave6软件中完成噪声分析三要素的定义。

3、振动噪声耦合分析方法

振动噪声仿真分析中需要考虑结构与声学交界面处结构表面的法向速度分量与声传播区域声压的耦合求解。将振动噪声耦合动力学方程根据模态分解法进行处理,可以得到如下的振动噪声耦合动力学方程。
 
在结构模态方程和声腔模态方程的右端,分别包含了声腔模态坐标和结构模态坐标,右侧声腔模态方程的红色和绿色方框内分别为考虑light fluid(比如空气)和heavy fluid(比如水、油)等不同声传播介质下的动力学方程。

通过上述状态方程可以进行结构振动和噪声的耦合求解。


4、仿真流程及应用案例

以扬声器的振动噪声仿真分析为例,可以使用Wave6中的有限元/边界元模块进行求解。Wave6振动仿真分析流程如下图所示。
 
德国Hommbru公司设计的分布式扬声器不同于传统的音响系统,其声辐射角度可达到180度,防水防尘,在获得高品质声音的同时可与家庭装潢风格保持一致性,不需要再额外布置若干传统的黑色音响。
 
Hommbru公司使用Wave6软件对产品的声辐射特性进行了仿真,并与测试结果进行对比。结果显示,不论是全频段频响曲线还是声学指向性,仿真结果均与测试结果保持较高的一致性。
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