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声场求解器开发之(1)---声场数值计算简介

3年前浏览2569

1.声学概述:

声和热一样,是人们最早进行数值研究的对象。现实生活中存在大量与声学仿真相关的需求,从大众最熟悉建筑隔音防噪,到各种NVH分析,再到代表尖端科技的机械工程,航天航空,军舰潜艇等。

目前市面上有一些商业声学软件,比如 Virual.Lab Acoustics, Actran, 相比其它类型CAE软件,市场上大部分声学软件着重放在数据采集分析等方面,纯做设计计算仿真的不多。

2. 声学方程:

声学控制方程为赫姆霍兹方程(Helmholtz Equation),赫姆霍兹方程是一个用来描述电磁波传播的偏微分方程,以德国物理学家赫姆霍兹明明,常见于同时涉及空间和时间依赖项的物理问题的研究,例如电磁辐射,地震,声学等。赫姆霍兹方程可由波动方程(Wave Equation)和麦克斯韦方程(Maxwell Equation)推导而来。

3. 声学边界条件:

声质点速度边界条件

升压边界条件

混合边界条件

空间传播存在各类吸收,反射,衍射,干涉等边界条件


4. 有限元方法:

FEM可以求解复杂流场,温度场等变化梯度对声传播的影响,尤其在解决封闭空间的声场计,在无限长管道的声场计算等方面都有相当的优势。

5. 边界元方法:

在求解内声场和声辐射方面,FEM表现了极大的优势,但在一些超大问题上,声学边界元(Boundary Element Method)仍然是最优的选择,比如船体的声辐射计算,飞机整体的声学计算等,BEM只需要提取结构面网格就可以完成计算机,对于某些特定问题,BEM更简单,而MLFMM(多层快速多级子方法)可以进一步加速求解速度。

6. 声线法:

声线法是利用经典射线声学理论求解出“本征声线”,并迅速描述声场的方法。该方法的主要优点是简明,直观,特别是在大型几何声学问题中有广泛的应用。

7. 统计能量法:

统计能量法通常用于解决莫泰自己的高频振动声学问题。

8. 耦合分析:

实际工程中,声学是复杂的波动现象,同时声学研究离不开对声源的模拟,声源可以是结构振动,也可以是流体,因此声场中存在大量的耦合分析,比如声结构,声热,声振动等。

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首次发布时间:2021-01-16
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多物理场仿真技术
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