船舶噪声模拟演示幻灯片.ppt

Cliquez et modifiez le titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,*,Copyright Free Field Technologies,Copyright Free Field Technologies,Cliquez et modifiez le titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,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 software suite,ACTRAN Vibro-Acoustics,ACTRAN Aero-Acoustics,ACTRAN TM,ACTRAN Acoustics,ACTRAN DGM,ACTRAN VI,ACTRAN for NASTRAN,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,1,伏,0,伏,径向位移约束,轴向位移约束,0,伏,径向位移约束,轴向位移约束,电极,电压,应力,1,2,电压,应变,1,2,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,流体网格,结构网格,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,),模型尺寸,:,1m*1m,10cm,厚,铝板,点力激励,铝板模型,声媒质（自由场）,Automatic,Actran,coupling,process,in,both,direction:,fluid,structure,远场声压结果,48 Hz,120.5 Hz,86.5 Hz,46.5 Hz,13.5 Hz,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,模型总览,激励,瑞利面,支撑板,随机激励,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,W,s,CAA,计算域,W,(Actran/AA,FEM),无反射边界,G,e,控制面/,面声源,G,s,测量点,Fluent LES,大涡模拟计算结果,(V,mean,=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,50 m,30 m,15 m,130 m,16 m,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,Computation statistics,Nodes,100,000,Elements,650,000,Dofs,150,000,RAM,3.5GB,CPU/freq,2 min,Computer,Linux 64bit(intel),螺旋桨激励,船舵的声处理,无限元,(,无反射边界,+,远场声传播,),空气,/,水界面,:,零压强条件,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,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,4.4 m,3 m,1.5 m,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,3.,后处理与结果分析,FRFs,Waterfall,Maps,Waterfall,振动分析,(Nastran,Ansys,Abaqus),2.,声学分析,(ACTRAN),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,17 m,74 m,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,Actran,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。,