《船舶噪声模拟》PPT课件.ppt

FFT ACTRAN,ACTRAN在船舶行业的应用 李奇 博士,欢迎加入ACTRAN QQ群：81289983,船舶的噪声问题,高频 声纳:发射, 接收 声纳远场响应 低频 外部噪声: 螺旋桨噪声 船体辐射噪声 内部噪声: 声源：柴油发动机、风机、螺旋桨 降噪手段：吸/隔声、隔振、消声器,ACTRAN 软件背景,1998，Jean-Pierre Coyette教授、Jean-Louis Migeot教授创立FFT公司，总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部 1999-2001，德国劳氏船级社、韩国大宇造船海洋公司、欧洲宇航防务集团等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件 经典声学 振动声学 流动声学 ACTRAN软件集成欧盟与船级社众多科研项目成果，从柴油发动机噪声、舱室噪声、风机噪声分析算法，产品声学设计优化经验以及高性能求解技术等。,Locations,海基声学部门,咨询项目 某型飞机典型结构、空调系统、机翼声学设计与优化 高速列车振动、气动噪声分析 核工业管道共振腔气动噪声分析、声疲劳分析 我们的资质 美国PMP认证资质 国标认证资质（GB/T19001-8008） 国军标认证资质（GJB 9001B-2009） 国防三级保密资格认证,ACTRAN技术团队与支持,培训与教学 专题研讨会 噪声分析培训 ACTRAN软件培训 请关注 技术支持 ACTRAN QQ技术群：81289983 ACTRAN技术论坛： ACTRAN资料库：ftp:/ACTRAN:ACTRAN211.157.108.87:20,The ACTRAN software suite,ACTRAN VI,国内外船舶行业用户,研究所/企业 国外：劳氏船级社、韩国大宇、现代重工、三菱重工、日立造船等 国内：中船重工701、702、703、昆明705、西安705、708、715、719、青岛海洋仪器仪表研究所、沪东重机 高等院校 上海交通大学船舶学院、机械学院 哈尔滨工程大学（哈船）船舶学院、水声学院 华中科技大学 西安交通大学 天津大学机械学院 ,Actran 在船舶行业的应用,Examples of shipbuilding Applications,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：水下航行体仿真分析 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用1：换能器仿真分析,发射模型 在压电棒界面施加0 伏和1 伏的边界条件 计算有限元与无限元水域内的声压响应,应用1-换能器仿真分析,接收模型 在压电棒界面施加0 伏边界条件 在无限元水域内定义点声源 计算压电棒界面的电压响应,应用1-换能器仿真分析,压电材料属性定义 弹性矩阵、压电矩阵、介电矩阵 压电棒的电压响应,应用1-换能器结构缝隙的粘热效应仿真,压电换能器模型 粘热效应的影响,应用1-换能器指向性分析,换能器仿真 远场指向性,拖曳声纳模型 有限元模型 声压分布,应用1-拖曳声纳模拟,自辐射阻抗与互辐射阻抗分析 自辐射阻抗 互辐射阻抗 辐射阻抗结果,应用1-换能器基阵模拟,应用1-水下声散射模拟,计算使用的激励 平面波、点声源或压电换能器激发的声场 圆柱障碍物的水下声散射,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用2- 附加质量效应,Application Review,ACTRAN 主要特性,声场媒质与结构有限元 可以考虑附加质量效应 声学无限元 计算远场声辐射 不匹配网格的映射 支持结构与流体使用不同类型的网格 多种激励方式与边界条件，可以与其他CAE工具联合分析 支持真实工况的条件,ACTRAN 模型说明,无限元模拟“自由场”辐射,海平面: 压强设为环境压强 (p=0),Actran建立一个模型，包括流体与结构. 可以考虑流体对结构的附加质量效应 结构与流体耦合,Actran 支持不匹配网格: 结构与流体网格可以使用不同的单元拓扑形式 (例如: 流体使用四面体单元, 结构使用六面体单元),可以施加不同类型的激励(结构或声学),结果比较,水载荷: 相同频率的结果 (70Hz). 变形不同 水对结构的动态响应有非常重要的影响!,完全耦合模型,无流体模型,平板模型,目的: 评价流体附加质量效应对结构的影响 比较两个模型: 1, 流体是空气 2, 流体是水 (高密度流体),远场声压结果,平板模型计算结果对比,蓝线: 空气,绿线: 水,结论: 水作用于结构时 结构的共振频率向低频移动 出现水的共振频率,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用3 船舱窗结构隔声分析,Presented at DAGA 09 Bernard Van Antwerpen, Diego dUdekem 1, Christof Weienborn 2 1 Free Field Technologies SA, Belgium, Email: bernard.vanantwerpenfft.be 2 Germanischer Lloyd, Germany, Email: christof.weissenborngl- “Vibro-Acoustic simulation of structure-borne induced radiation of ship windows”,介绍,船体窗户尺寸很大，它们往往是舰船噪声传入船舱的薄弱环节 需要预测不同窗户模型的声学性能 计算只考虑激励以结构振动方式，透过窗户 空气声也可以很方便的加入分析,典型舰船窗户模型,Actran 模型,窗户使用多层玻璃: 考虑氩气层的粘热效应 宽频结构传递激励施加在环绕的框架上: 使用Rain-on-the-roof 形式激励 利用瑞利面，计算窗户的声辐射,典型框架结构,验证实验,建立全尺寸的实验: 简化的实验模型(修改的边界条件) 声强探头、激光扫描振动仪装置等 激振器激发结构振动 考虑到边界条件形式的不同，实验与计算结果吻合较好,实验装置,实验/计算 比较,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用4- 舰艇螺旋桨噪声仿真分析,Application Review,ACTRAN / Aero-acoustics 湍流噪声计算流程,CFD - LES/DES,非定常流场分布 压力，速度，密度，等,ACTRAN - iCFD 根据CFD计算结果通过Lighthill 或 Mohring 声类比提取湍流噪声源 通过傅里叶变换将时域结果变换到频域,ACTRAN - Aero-acoustics 传播iCFD计算出的流动声源 计算声场分布以及指定位置的声学变量,ACTRAN - VI 计算数据后处理，声场云图及频谱显示,From CFD to CAA .,ACTRAN / Aero-acoustics 计算原理,CFD计算 (URANS, LES, DNS, )确定非定常流场 根据非定常流场计算结果提取流动噪声源 Lighthill 声类比 Mhring 声类比,体声源区域 Ws,CAA 计算域 W (Actran/AA, FEM),无反射边界 Ge,控制面/面声源 Gs,测量点,Fluent LES 大涡模拟计算结果 (Vmean=5.808m/s, n=36rev/s, J=0.71) 分析结果-5000Hz声压分布,模型与分析结果,速度云图 压力云图,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用5-拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析,Application Review,Propeller Fairing with ACTRAN,这个例子研究螺旋桨噪声在海水中的辐射，以及船舵做声学处理的效果 法国海军的拉法耶级护卫舰 选取螺旋桨附近区域建立模型,导纳边界条件 模拟船舵的声学处理 入射旋转管道模态 模拟真实的螺旋桨噪声源 施加零压强边界条件 空气/水接触面 声学无限元 允许计算远场声辐射,Key ACTRAN features,虚拟传声器设置距船体40米 (在无限元域),Results Pressure field,未作声学处理,远场指向性,最大噪声降低3dB 声学处理改变了指向性,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用6-柴油发动机辐射噪声分析,Application Review,柴油发动机噪声,船用柴油发动机声辐射 研究的柴油发动机有以下特点: 16V cylinders 最高转速: 1800 RPM 最大功率 4320KW ( 或5900CV ) 结构动态分析可以使用FEA软件计算 (NASTRAN, ANSYS or ABAQUS ) 利用ACTRAN计算结构的声辐射 声学模型尺度可以计算到1000Hz (order 33 of RPM 1800),计算步骤,Waterfall,将振动分析结果导入ACTRAN,+ Restart Capability !,使用ACTRAN基于声场结果重建结构振动响应,ACTRAN/Acoustics能够反运算: 利用一系列传声器测量得到的声压结果 ACTRAN/Acoustics重建结构表面的法向振动速度 提取测试结果 结构表面的振动速度结果,Pellicular basis acceleration zone,With/without admittance,Field Points,声辐射贡献量分析,设定不同控制面，ACTRAN可以自动统计结构不同部位辐射声能； 支持多工况计算，边界元方法无法比拟的计算速度； 对于某一场点的贡献量分析。,radiating 2,radiating 3,radiating 4,radiating 1,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用7- 潜艇整体声学分析,Application Review,ACTRAN 主要特性,与外部CAE工具结合，导入结构振型 结构真实的振型 声学有限元/无限元，与结构单元耦合 完整的振动声学模型，包括内部声场、结构、外部声场，考虑到附加质量效应以及内外压差效应 无线单元外设置场点网格 可以获得远场的声压分布 支持媒质的非均质特性，例如密度/盐分/温度,温度,密度,深度,有限元模型,有限元模型尺寸支持计算频率到500Hz 潜艇的表面分为两部分: 声纳 (前端) 船体 (其余部分) 对船体施以加速度激励 (激励与频率和位置相关),结果,可以获得声源外部的声学结果（无限元域内），并获得优良的计算精度,船体声辐射 (声压级),声纳声辐射- 指向性 (声压实部),ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用实例8-舱板声学特性分析,利用特殊的面单元模拟加强筋 不同模型比较 ACTRAN实体壳单元 NASTRAN退化壳单元 ACTRAN实体壳单元+ 加强筋单元,芬坎蒂尼-船舱隔板降噪,ACTRAN在船舶行业的应用,应用1：换能器仿真分析 应用2：附加质量效应 应用3：船舱窗结构隔声分析-瑞利边界元的应用 应用4：舰艇螺旋桨噪声仿真分析 应用5：拉法耶级护卫舰声学处理仿真分析 应用6：柴油发动机辐射噪声分析 应用7：潜艇整体声学分析 应用8：舱板声学分析 应用9：船用消声器分析,应用实例9-船用消声器分析,船用消声器分析 管道模态声学激励 入射声能、反射声能、透射声能自动计算 结构、流体声能衰减计算 非均质流体：温度、密度、速度梯度，运动流体,总结,ACTRAN 包含所有解决水下应用的属性: 振动声学属性，可以模拟水的附加质量效应，船体两侧的压差，船体振动辐射噪声，船舱隔声, 声纳发射/接收, 船用发动机噪声, 消声器, 流体的属性，可以是非均质的，例如模拟盐分、密度与温度的梯度; 唯一一款软件，能够准确模拟螺旋桨噪声源的激励; 提供结构与流体CAE软件接口，分析水动噪声或发动机声辐射; 性能: 独有的高性能求解器，目前市场上解决声学问题最快速的求解器. 海基盛元提供优秀的咨询服务，帮助客户使用ACTRAN软件解决工程问题，并为客户提供工程咨询服务。,