SAMCEF有限元振動噪聲分析實例

1、第16章振動噪聲分析實例 16. 1.容器聲學(xué)響應(yīng)分析 16. 1. 1概述 本例研究了一個在外部聲場影響下，結(jié)構(gòu)tank與acoustic cavity (聲腔)之間的作用關(guān) 系。分析過程包含以下幾個方面： (1) 首先，我們需要分析tank與acoustic cavity耦合后的物理性能；這里主要是考核 tank與acoustic cavity耦合的模態(tài)特征。 (2) 第二個步驟，我們需要的考察耦合對結(jié)構(gòu)的影響程度。比如，acoustic cavity在頻 率響應(yīng)計算中對tank的影響:沒有acoustic cavity的結(jié)構(gòu)與有acoustic cavity的tank,頻 率響應(yīng)的峰值將

2、出現(xiàn)在不同的頻率。這些在前面的算例中我們已經(jīng)詳細 的介紹過。 (3) 第三步我們將水注入tank作為激勵，研究在周期性激勵卜 tank與acoustic cavity 耦合的頻率響應(yīng)。 (4) 第四步我們將研究tank外部加聲場響應(yīng)的傳播規(guī)律。 16. 1. 2啟動 在此步驟屮我們對tank與acoustic cavity耦合下的振動特性進行分析，為頻率響應(yīng)做 基礎(chǔ)。 (1) 啟動 samceffield ; (2) 在Solver Driver Settings對話框屮設(shè)定以F參數(shù)： -Doma in = Vibroacoustic an alysis -Solver = OOFELIE (

3、 this will be set automatically) -An alysis type = Modal (3) 點擊vApply 接受參數(shù)； (4) 在菜單欄屮選擇 Filelmport Geometry ; (5) 在Import對話框中選擇匸按鈕； (6) 選擇samcef安裝目錄卜BrepVibroacoustictank. brep,點擊0pen按鈕導(dǎo)入模型， 如圖16- lo (7) 選擇菜單欄屮的FileSave as將文件另存一個文件名。 16. 13建立分析數(shù)據(jù) Data 點擊 按鈕進入分析數(shù)據(jù)模塊。 在這部分的學(xué)習(xí)中我們通過建立不同的特征behavior來形成不同的

4、模型域(“Tank”和 ” acoustic cavity )。 點擊按鈕定義特征，選擇volume% Behavior,確定Place On后的列農(nóng)屮選 擇的是 Solid，點擊 Apply 按 Close 退出； (2) 點擊匡I按鈕定義材料，Materials選擇VAcoustic ,輸入水的參數(shù)： Mass Den sity = 1000 kg/m3 -Sou nd Speed = 1500 m/s 確定Place On后的列表中選擇的是Solid,點擊Apply按Close退出； (3) 點擊冋按鈕； (4) 選擇 Shell 作為 Behavior ; (5) 輸入 Thickne

5、ss 的厚度 15mm ; (6) 確定Place On后的列農(nóng)中選擇的是Face ； (7) 您需要選擇除進出水口截面外的所有面，如圖16-2所示(除去右側(cè)所選兩個面的 所有面，共38個)。 圖16-1導(dǎo)入的tank模型 點擊 Apply后按Close退出； 點擊國按鈕； (10) Materials 的特性選擇 VElastic ； (11) 輸入以下材料特性參數(shù)： -Type : Isotropic 一You ng modulus : 2 lell Pa 圖16-2需選擇作為shell的“Face” -Poisson ratio : 0. 3 -Mass den sity : 7800

6、kg/m3 (12) 確定Place On后的列農(nóng)選擇的是 ； (13) 同樣，您需要選擇除進岀口截面外的所有面； (14) 點擊 后按 退出； (15) 點擊囤按鈕； (16) 在 Constrain type 選項屮選擇 ; 38個面, (17) 確定Place On后的列表選擇的是,仍舊選擇除進出口截面外的 如圖16-3所示； (18) 點擊Apply; (19) Con strain type 選擇 ; (20) Place On后的列表中選擇 ; (21) 按住鍵選擇進出口截面上的邊(共8條)，如圖16-4所示； 圖16-4選擇edge進彳丁約束 16-55所不o 圖16-3選擇Fa

7、ce約朿類型 (22)點擊 后按Close退出; 現(xiàn)在所有的分析數(shù)據(jù)定義完畢，在數(shù)據(jù)樹中的分析數(shù)據(jù)如圖 16. 1. 5劃分網(wǎng)格 (1)點擊按鈕亠皿進入網(wǎng)格劃分模塊； 選擇“ tank ,并點擊按鈕； 在Average length對話框屮輸入單元的平均尺寸60mm ； 點擊后按退出； 點擊按鈕劃分網(wǎng)格，在Compute Mesh對話框屮選擇Select all the shapes from behavior復(fù)選框，點擊Apply開始劃分網(wǎng)格，劃分完畢后數(shù)據(jù)樹中的網(wǎng)格 信息如圖16-6所示。 匚歸怕 /olume on one solid of tank Acoustic on one so

8、lid of tank Shell on 38 faces of tank Elastic on 38 faces of tank Cla m p_o n_3_e d g e s_o Lta n k n 33 faces of tark Mesh Constrains Average Lengtlconjank ModelMesh tank 圖16-5數(shù)據(jù)樹屮的分析數(shù)據(jù) 圖16-6數(shù)據(jù)樹屮的網(wǎng)格信息 16. 1. 6計算模態(tài)結(jié)果 (1)點擊蘭注牛安鈕進入求解模塊; 點擊、，按鈕； 在Simulation Set對話框中將求解類型設(shè)定為模態(tài)； (4)在 type of solver)選項屮設(shè)定為

9、 Vnumber of modes) ,number of modes)取 30 ; a 點擊CET按鈕設(shè)置求解文件； 點擊按鈕$丄進行求解； 求解結(jié)朿后按退出； 16. 16查看結(jié)果 點擊按鈕進入結(jié)果查看模塊； (2)在數(shù)據(jù)樹屮選擇“Nodel displacement ; 在數(shù)據(jù)樹中隱藏幾何及網(wǎng)格信息； 在工具欄中點擊,移動對話框中的滑條查看各階頻率及振型，圖16-7 屮為第8階振型，頻率為187. 5Hzo 選擇數(shù)據(jù)樹中的nodal fluid pressure ,可以查看acoustic的振動特性。圖168 屮為acoustic”的第5階振型。 我們得到耦合結(jié)構(gòu)的前10階頻率為：30.

10、2Hz, 86. 6 Hz , 100. 1 Hz , 115.6 Hz , 156. 5 Hz , 175.6 Hz , 187.5 Hz , 244.3 Hz , 277.8 Hz , 346 Hz。 圖16-7 tank的第八階振型 Ter 圖16-8 acoustic的第5階振型 16.1.7未耦合結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析 本章節(jié)我們將單獨計算tank的固有頻率，以此研究未耦合acoustic的tank與耦合 acoustic的tank在固有頻率上的區(qū)別。 (1) 讀取模型 在 samcef 安裝卜I 錄找至 U tank_model_uncouple. brep ” 導(dǎo)入。 將文件另存一文件名

11、。 (2) 建立分析數(shù)據(jù) 按圖16-9的操作屏蔽(ignore)不需要的分析數(shù)據(jù)(Volume_on_tank , acoustic_on_tank, Vibroacoustic_interaction_Panel)。 H卜 L iamp_oti_8_ed ges_cil_la Il dfi 38fates of Unk islic_.on_38_.fa ces_ot_ta nk 圖16-9屏蔽不需要的分析數(shù)據(jù) 提交求解 進入Solver模塊點擊 ,并點擊進行求解。 (4)查看并對比結(jié)果 這里得到tank”的前10階固有頻率的結(jié)果為41.6Hz, 126. 2Hz , 148.7Hz, 15伯

12、z , 221.4Hz , 250Hz, 261.8Hz , 309.7Hz , 354Hz, 459Hz。 由此可以發(fā)現(xiàn)，tank與acoustic耦合后的頻率低于tank的頻率。在tank屮加A acoustic增加了 質(zhì)量，因此，頻率有所降低。 16. 1. 8諧響應(yīng)分析 我們已經(jīng)知道了系統(tǒng)的共振頻率以及耦合振動的各階頻率，現(xiàn)在，我們將研究耦合結(jié) 構(gòu)在任意頻率激勵下的響應(yīng)。 Samcef通過掃頻法進行諧響應(yīng)分析，因此本例在給耦合模型施加激勵后，samcef會對 該結(jié)構(gòu)的所有頻率進行掃頻，得到響應(yīng)結(jié)果。 1. 導(dǎo)入模型 tank_modal. sfieldo將文件另存文件名 打開位于sam

13、ceffield安裝目錄下的模型文件 進行下一步操作。 2. 建立分析數(shù)據(jù) 曲 1 也 點擊按鈕進入分析數(shù)據(jù)模塊； 改變求解器，可以在菜單欄中EditAnalysis Driver,也可以在工具欄中點擊 在彈出的對話框中進行如圖16-10的設(shè)置。 I 圖16-10設(shè)置求解器 3. 選擇進水口截面（如圖16-11所示）,施加波動角速度。 Boutul 10 l(Md AsucmtiMv File I kl.:. Inuq I -門X 圖16-11施加波動角速度 按圖16-12給acoustic重新編輯設(shè)置水的材料性能數(shù)據(jù)。 如圖16-13設(shè)置tank的材料性能數(shù)據(jù)； 圖16-12 acousti

14、c材料性能數(shù)據(jù) 圖16-13 tank的材料性能數(shù)據(jù) 4. 求解 點擊十疋T按鈕進入求解模塊; 在工具欄中選擇Setting,在出現(xiàn)的對話框中進行圖16-14所示的設(shè)置; 圖16-14設(shè)置求解參數(shù) 點擊vconvert and lanch提父計算。并觀察如圖 16-15所不的狀態(tài)窗口。 圖16-15求解狀態(tài)窗口 6 結(jié)果查看 點擊 RtM X 按鈕進入結(jié)果查看模塊，并在數(shù)據(jù)樹屮選擇節(jié)點流動壓力( nodal Apply ! CloiMf 圖16-17節(jié)點流動壓力(nodal fluid pressure )結(jié)果 Scalar-Scalar by Node CompKhtcesuB Comply

15、 CokFiipItoi CrRer* rt 曲倣 OrMufi* fBsull Scalar- PreckAbe* CrhlBr ia Win H by Mode fluid pressure); 在工具欄屮選擇criteria】，在出現(xiàn)的對話框中進行圖16-16所示的設(shè)置; 節(jié)點流動壓力(nodal fluid pressure )如圖16-17所示; 圖16-16設(shè)置結(jié)果查看對話框 點擊如圖16-18所示的reference，在岀現(xiàn)的對話框屮拉動滑條即能得到不同頻 率對應(yīng)的 結(jié)果; (5)在數(shù)據(jù)樹屮點擊function ” 所示的響應(yīng)曲線。 圖16-18得到不同頻率對應(yīng)結(jié)果的工具欄操作

16、acoustic power,如圖 16T9 所不，得到圖 16-20 z ir. vhi Cl t 1 DC X? : ; 2 ?11 ML-： h 5M 101 I4M 2000 -too KM - 39H1 - 4000 4GOO FO 40( -oor - M ico 5 iso null IHd Acoustic Power Code 1 Qn Mesh MeXlel - IJJ DSOC - Kf KfOO SiHVivn A jiflpveri V LlXiovliliniraKlB iLi 丄-計 4 - 圖16-19在數(shù)據(jù)樹屮選擇響應(yīng)曲線 圖16-20得到的頻率響應(yīng)曲線 16

17、. 1. 9諧響應(yīng)分析(考察聲學(xué)傳播規(guī)律) 在前面小節(jié)的學(xué)習(xí)中，我們了解了聲學(xué)與結(jié)構(gòu)耦合的諧響應(yīng)分析。當tank在進水口受 到水流波動角速度的激勵(水流的正弦波動)且當此激勵頻率接近耦合體固有頻率的位置時，響應(yīng)能會 有所放人，出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。此時，響應(yīng)在Tank外部的acoustic域會產(chǎn)生相 應(yīng)的輻射。 通過建立合理的物理數(shù)據(jù)及幾何模型，響應(yīng)傳播的介質(zhì)在samceffield oofelie模塊屮能 被很好的構(gòu)建和求解。 外部的響應(yīng)傳播介質(zhì)可以用Acoustic BEM Radiation Surface 定義在tank外的面上 本例屮，我們將以“Acoustic Boundry Eleme

18、nt 劃分單元，并研究在一固定的頻率200Hz 下的傳播介質(zhì)。 1. 導(dǎo)入模型 打開上一章節(jié)的tank_hamonic. sfield文件，另存一個文件名。 2. 建立模型 (1) 進入模型構(gòu)件 Modeler模塊； (2) 點擊菜單欄中的 Filelmport Geometry : (3) 在samcef的安裝目錄中尋找tank_fp. brep ” ,選擇并點擊Apply ; (4) 新生成的模型如圖16-21所示； 3. 建立分析數(shù)據(jù) 點擊 Analysis Data按鈕進入分析數(shù)據(jù)設(shè)定模塊; 在數(shù)據(jù)樹屮選擇 tank ” 9 點擊 ,在 Constraint type 4選擇 acou

19、stic Bern Radiation Surface) , 并按以下參數(shù)輸入，在 placed on中選擇Face,在圖形中選 擇前文屮提到的38個面, 如圖16-22所示; Mass Den sity : 1 21 kg/m3 Sou nd Speed: 340 m/s Pla ne of symmetry no rmal to X axis with an X coord in ate of 1010 mm Define Bound In Name Ajcous 圖 16-23 定義 Visualisation Set 選擇tank_fp”定義 4. 網(wǎng)格劃分 點擊Mesh按鈕進入網(wǎng)格劃

20、分模塊； 選擇“tank_fp ”并在工具欄中點擊Vlength,在出現(xiàn)的對話框中將單元長度設(shè)為100mm, 點擊工具欄屮的（Generate劃分網(wǎng)格。 5.求解 點擊Solver)按鈕進入求解模塊； (2)點擊Settings進行求解參數(shù)設(shè)置，在出現(xiàn)的對話框中輸入以下參數(shù)，如圖16-24 所示； Initial frequency :200 Hz End freque ncy : 200 Hz Freque ncy step : 3 Hz Soluti on type : Fully Coupled Harmonic Resoluti on tech nique : Coupled moda

21、l superpositi on Type of solver : Upper freque ncy Upper freque ncy : 400Hz 圖16-24設(shè)定求解參數(shù) 求解； 6.查看結(jié)果 點擊 Result)按鈕進入結(jié)果查看模塊； (2)在數(shù)據(jù)樹中點擊“Nodal fluid pressure on boundry查看如圖16-25所不的結(jié)果; 圖 1625 Nodal fluid pressure on boundry 結(jié)果 選擇samcef安裝冃錄F 入模型，重復(fù)操作導(dǎo)入“ 圖16-26導(dǎo)入的模型 圖16-27數(shù)據(jù)樹中的模型結(jié)構(gòu) 16. 2聲學(xué)衍射分析 1621概述 本例將通過

22、一聲源在柔性墻上發(fā)生的衍射來研究進行結(jié)構(gòu)與聲源的互相影響，為了得到衍射作 用產(chǎn)生的頻率結(jié)果，我們將建立一個頻率響應(yīng)分析流程。 16. 2. 2啟動并建立模型 (1) 啟動 samceffield ; (2) 在Solver Driver Settings對話框屮設(shè)定以下參數(shù)： -Doma in = Vibroacoustic an alysis -Solver = OOFELIE ( this will be set automatically) -An alysis type = Harmonic resp onse 點擊VApply接受參數(shù)； (4) 在菜單欄屮選擇 Filelmport

23、Geometry ; (5) 在Import對話框屮選擇按鈕； BrepVibroacousticcruved_wall. brep ,，點擊 按鈕導(dǎo) cruved_wal l_fp,如圖 16-27”。 點擊按鈕，輸入X=700mm,Y=0, Z=-1300mm建立矢量點; (8) 在數(shù)據(jù)樹右擊生成的矢量點(pointl),選擇Not a datum ; (9) 點擊FileSave as保存文件； 16. 2. 2建立分析數(shù)據(jù) 點擊按鈕進行分析數(shù)據(jù)的定義 選擇圖16-34數(shù)據(jù)樹屮的curved wallIP curved wal，點擊定義特征; (10) (11) (12) (13) (1

24、4) (15) (16) (17) 選擇Volume； 選擇數(shù)據(jù)樹屮的curved_wall,點擊丿定義材料； 選擇“ Elastic 作為材料性能，并按以下參數(shù)輸入鐵的材料性能數(shù) 據(jù)； -Type : Isotropic -You ng modulus : 2.lell Pa -Poisson ratio : 0.3 -Mass den sity : 7800 kg/m3 -Kind of damping : Structural damping 選擇數(shù)據(jù)樹中的curved_wall cutved_wal 并點擊椅定義約束; 選擇圖16-28所示的面，定義clamp約束; 圖16-28約束c

25、urved_wall的側(cè)面 重復(fù)步驟6,纟勺束類型選擇acoustic BEM radiation surface : 按以下參數(shù)輸入空氣屮聲音傳播相關(guān)數(shù)據(jù)； -Mass Density : 1 21 kg/m3 -Sound Speed : 340 m/s 定義對稱面垂直于X軸； 加載面Place on選擇“face”，并選擇除圖16-28所示面的所有面完成定義; 選擇數(shù)據(jù)樹屮的curved_wall_fp curved_wall_fp ，點擊、定義約束; 約束類型選擇（visualization set完成設(shè)定；選擇數(shù)據(jù)屮的矢量點pointl ； 點擊定義載荷; 選擇 B em acous

26、tic resouce 類型; 參數(shù)的實數(shù)部分輸入3. 0e-3m7s,虛數(shù)部分為0； (18) 選擇加載對象為矢量點，并選擇 ； (19) 分析數(shù)據(jù)定義完成，數(shù)據(jù)樹如圖 16-29所示; o usefl Data lam p_on_l _fac B_of_ u rved_wii II slic on cuivad wall )Vo lume ornc ur*ed wa 11 P Acouslic BEM Radiation Surface onfaces of curved wall Visua lisatj on_s et_on_c urMed_walL(O I ,I 4 BEM.Acou sticSourceo n_l _vertex_oCP ol nti 圖16-29數(shù)據(jù)樹屮的分析數(shù)據(jù) 16. 2. 3網(wǎng)格劃分 選擇進行網(wǎng)格劃分操作; 選擇數(shù)據(jù)樹屮的/Zcurved_wall ,并點擊按鈕曲定義單元長度; (3)輸入單元平均長度為100mm ; 選擇數(shù)據(jù)樹中的%urved_wall_fp ” ,定義相