Actran SEA

Применение модуля Virtual SEA и интеграция Actran с MSC Nastran для эффективного решения задач виброакустики.

При отработке мер по снижению воздействия шума на человека и высокочувствительные устройства может возникать необходимость анализа акустических воздействий на относительно высоких частотах. Традиционные методы анализа частотного отклика прямым или модальным методами являются чрезвычайно ресурсоёмкими и не могут быть эффективно применены. Использование энергетического метода расчёта виброакустики является в этом случае менее затратным, при этом обеспечивая сравнимую точность расчёта.

Для определения частотного диапазона применения Статистического Энергетического метода принимается два допущения:

1. энергия колебаний распределена между большим количеством форм собственных колебаний системы с примерно одинаковой амплитудой и длиной волны;
2. механические свойства системы плавно изменяются с частотой.

В изделиях машиностроения эти допущения выполняются, как правило, на частотах выше 1кГц. Первое допущение позволяет сделать предположение о случайном характере распределения энергии колебаний, в связи с чем статистический метод оценки энергии колебаний даёт хорошее приближение к величинам энергии в натурных объектах. Второе допущение позволяет провести расчёт механических свойств системы для нескольких частот вблизи нижней границы частотного диапазона исследования энергетическим методом и экстраполировать их изменение на более высокие частоты.

Статистический Энергетический метод анализа виброакустики известен с 60-х годов прошлого века. Этот приближённый метод расчёта основан на представлении исследуемой системы в виде набора компонентов, для которых производится расчёт энергетического баланса. Энергия, поступающая от внешних воздействий, накапливается в компонентах и передаётся между ними. Энергия может поглощаться и излучаться в окружающее пространство. Целью расчёта является вычисление энергии, которая будет накапливаться в каждом компоненте, а также путей передачи энергии. На основе этих результатов можно делать выводы о вибронагруженности узлов и агрегатов натурного изделия. Зная основные пути передачи энергии в системе, можно указать на участки конструкции, модификация которых даст наибольший эффект по снижению уровней шума и вибраций.

В системе Actran реализован один из новых подходов к реализации Статистического Энергетического метода. Этот подход, предложенный в 2003 г., позволяет использовать стандартные конечно-элементные модели конструкций и акустической среды для формирования компонентов энергетической модели. На основе конечно-элементных моделей по втроенным в Actran методикам автоматически формируются компоненты энергетической модели, вычисляются коэффициенты энергетической связи между компонентами и коэффициенты потерь в самих компонентах.

Пользователь строит расчётную модель для вибро-акустического расчёта. Размер элементов подбирается таким образом, чтобы модель с инженерной точностью воспроизводила колебания в области нижней границы частотного диапазона для расчёта энергетическим методом. Пользователь выделяет компоненты энергетической модели путём деления своей модели на части. Размер каждого компонента должен быть таким, чтобы для него выполнялись допущения, указанные выше.

Собственно расчёт Статистическим Энергетическим методом в Actran производится в два этапа. На первом этапе Actran вычисляет характеристики компонентов энергетической модели, включая распределение энергии, коэффициенты энергетической связи и коэффициенты потерь для набора исследуемых в расчёте частот.

В качестве внешнего воздействия пользователь может прикладывать мощность воздействия, которая напрямую может быть использована в энергетической модели, так и различные распределённые нагрузки, детерминированные и случайные, на основе которых система Actran вычисляет мощность воздействия и прикладывает её к энергетической модели.

Результатами расчёта являются энергия в каждом компоненте, потоки энергии между компонентами, пути передачи энергии. С рядом допущений можно вычислять также акустические давления и деформированное состояние изделий.

Реализация энергетического метода в Actran имеет ряд преимуществ:

• для расчёта можно использовать традиционные расчётные модели для анализа виброакустики в частотной области; реализована полная интеграция со стандартными методами и графическими средами для построения расчётных моделей;
• модели могут иметь произвольную конфигурацию, они не привязаны к нескольким стандартным формам; модели могут содержать конструкции, акустическую среду и звукопоглощающие материалы, а также широкий набор внешних воздействий;
• расчётные модели для решения задач энергетическим методом могут быть применены как для более высоких, так и для более низких частот, чем те, для которых они созданы; таким образом можно охватить широкий диапазон частот и убедиться в физической корректности решения;
• возможность расчёта и визуализации потоков энергии и путей передачи энергии для моделей произвольной конфигурации.

Примеры применения:

• Automotive: vibro-acoustic response and transfer path analysis of complete vehicle submitted to structural and acoustical loads.
• Aerospace: Vibration response and transfer path analysis of fuselage submitted to turbulent boundary layer or diffuse sound field excitations. Rocket payload integrity analysis at take-off.
• Shipbuilding: Onboard noise prediction due to machinery noise and flow induced vibrations.
• Railway: Interior acoustic comfort prediction of train coach.
• Off-road Vehicles: Cabin noise comfort prediction.

Дополнительную информацию (на английском языке) можно узнать на сайте: www.fft.be