Actran Q&A资料整理(2)

除此之外，Actran可以与NASTRAN进行声振耦合模拟，从而在声场分析时利用NASTRAN的超单元特性。 Actran内部包含了结构振动解算能力，因而Actran可以单独完成声振耦合分析。

3. Q: 我有一个关于Actran Rayleigh boundary elements的问题请教：如我们所知，Rayleigh边界是经典声学中的一个基本概念。Actran Rayleigh boundary elements是一种边界元方法呢还是指通过有限元方法离散的Rayleigh边界？

A: Actran 中的The Rayleigh Boundary Element是指有限元离散的Rayleigh boundary integral。详细解释请参考Actran用户手册。

4.Q：Actran能解决结构声疲劳问题吗？

A：声疲劳是结构声学一个极其重要的应用。

Actran Vibro-acoustics模块可以建立一个完整的声振耦合模型模拟声致振动和声疲劳问题。在Actran Vibro-acoustics中采用有限元法来解决结构动力学问题和声学问题。结构有限元通常采用位移法，声学有限元则采用力法。声学单元的节点自由度是声压，结构单元的自由度是位移。在实际问题中，结构振动会带动其周围流体介质一起振动而产生声波，声波也会产生压力作用于结构上。在Actran/VA中，结构控制方程和声场控制方程正是通过运动（位移、速度、加速度）和压力这些量进行耦合的。

可以建立两种声与结构的耦合模型：第一种方法是建立一个完全的耦合模型，也就是同一个模型同时包含结构和声场；第二种方法是利用超单元与模态分析方法，和NASTRAN一起完成计算，这也是一个声与结构的耦合分析。

因此Vibro-acoustics可以独立完成声致振动分析，如果要完成声致疲劳分析，则需要NASTRAN、ABAQUS、ANSYS等软件联合完成，既首先用Vibro-acoustics完成声致振动分析，然后利用NASTRAN等软件完成疲劳分析。

5.Q：夹芯板（sandwich panel）该如何定义？

A： 对于夹芯板而言，最重要的特性是板的弯曲效应。为了捕捉到弯曲振动，在Actran中需要使用shell单元定义。

6.Q：壳体结构该使用什么网格形式划分，为什么计算不准确？

A：对于壳体，如果使用三角形网格划分，那么将不能获得准确的计算结果。对于有些模型，难以划分结构化网格，这里推荐三种解决办法：

? 可以使用Actran附带的boxpro工具划分结构化网格；

? 可以使用金字塔网格连接界面的四边形网格与四面体网格；

? 可以使用不匹配网格，那样在Actran中需要定义coupling surface与interface。

7.Q：使用interface与耦合面定义的流固耦合声学分析，流体部分网格划分的标准是什么？

A：当声波波长远远大于结构中的波长时，流体部分可以使用较为稀疏的网格。但是这样结构产生的小的扰动将不能准确计算，会产生一些局部的差别。如果建立高密度流体（例如水）与结构的耦合，流体会影响板的振型，表现为附加质量效应。与外部是空气媒质相比，结构在低频出现新的共振频率。这种情况下，如果流体部分的网格不能捕捉到相应振型，那么附加质量效应将被改变，计算结果出现错误。

8.Q：Actran中怎样处理加强筋、铝蜂窝板以及多层结构设置的？

A：（1）加强筋主要有两种结构，双层壁板，中间是斜向加强筋（图左）；加强筋支撑侧壁板与地板（图右）。双层板使用薄壳结构，而加强筋使用梁单元组件。梁单元的 性质取决于其几何形状与材料类型。使用BEAM_INERTIA材料。

图4 两种加强筋结构

（2）双层铝蜂窝板结构如下图，内部铝蜂窝结构可以被视作横向各项同性材料，需要测量杨氏模量、泊松比和材料密度。

图5 双层铝蜂窝板结构

（3）多层结构，Actran中定义如下图所示：

图6 Actran中多层结构定义

六．流动噪声模块（Aero-acoustic）

1.Q：Actran与CFD接口问题

A：（1）在Actran 12版本中可以直接读取Fluent、Star-CCM+、StarCD程序结果，另外提供Ensightgold和Trace格式可以转换CFX、PowerFlow计算结果；

（2）在Actran 13.0版本中增加对FineTurbo软件的支持。

（3）在2013年5月将要发布的Actran 14.0版本中，将增加对OpenFoam软件的直接支持，以及支持Fine Turbo和StarCCM+的NLH（nolinear Harmonic method）方法；支持Fluent、StarCCM+、EnsightGold格式的MRF方法，计算旋转机械噪声时无需使用动网格。

2.Q:Actran-Aeroacoustics湍流噪声计算中，通过Lighthill或Mohring声类比方法得到两类声源：Lighthill/Mohring Volume和Lighthill/Mohring Surface。在三维计算中，面声源为二维曲面。那么，二维计算中面声源是否退化为一维曲线？或者说，通过一维曲线是否能够正确建立二维计算中的面声源？

A: 是的，在二维计算中，Lighthill/Mohring 面声源退化为一维曲线。另外，如果你的二维模型具有厚度，则需要在Actran计算模型文件的2D block中指定厚度。

3.Q: 通过Mohring声类比方法建立湍流噪声模型时，需要在计算域中添加非均匀介质和流场。与之前的map-actran-flow方式，不同，在新的Actran10.0中通过iCFD内部功能将CFD计算得到的非均匀流场信息投影到声学计算域上。我的问题包括：通过iCFD模块提取流场后，需要将结果文件保存为NFF格式还是.dat格？怎样才能正确的将iCFD输出的流场文件加入到Actran计算模型中？ (注：Actran10.0版本)

A: 两种文件格式都可以。如果你将流场结果输出为ASCII（.dat）格式，将计算结果中的FLOW block 拷贝到Actran计算输入文件中，或者通过INCLUDE_FILE功能调用外部流场.dat文件。如果流畅结果输出到NFF文件格式，那么在Actran的计算输入文件中定义一个新的FLOW block并添加FIELD data 调用NFF流场数据。

4.Q：汽车侧窗气动噪声算例如何计算？

A： 第一步计算WPF（wall pressure fluctuation激励） BEGIN ICFD

BEGIN CAASOURCES INPUT_FILE ele1.ccm OUTPUT_FILE time.nff Actran_FILE ele_s.dat BEGIN TIME_DOMAIN 0 0.1

END TIME_DOMAIN

COMPUTE PRESSURE_SURFACE DIMENSION 3 END CAASOURCES END ICFD

这里ele_s.dat, 是actran的dat文件，只包括车窗外表面的网格。然后进行DFT转换，输出NFF文件格式，例如pressure_window.nff。接着将WPF激励加载在车窗，使用BC mesh的方式：

BEGIN BC_MESH

NFF pressure_window.nff SURFACE 10

BC_FILE pressure_window.nff BC_FORMAT NFF PRESSURE END BC_MESH

5.Q：气动声学分析中，声学模型的网格疏密要求，对计算机配置要求？

A：Actran应用积分法将流场信息插值入声网格，因此计算结果对声学模型网格的疏密程度不敏感。使用两套声学网格，致密网格（fine mesh）与稀疏网格（coarse mesh），分别应用iLA方法（提取CFD节点信息插值于相应声学网格节点）与Actran最新的积分插值法计算，结果比较如下图所示。应用积分方法，即时使用稀疏网格，也能获得精确结果。因此声

学计算对计算机配置要求大为降低，计算机配置主要由CFD计算规模决定。

图7 声学模型网格

图8 两种插值方法计算结果对比（V2为iLA方法，V3为Actran积分插值法）

6.Q：分析频率范围如何确定？

A：根据分析频率，对CFD计算提出要求，频率范围、步长由CFD的最大时间步数量与最小时间步长决定：

? 最大频率f_max由时间步长决定：dt= 1/(2 f_max)

? 最小频率f_min与频率步长df由CFD采样总时间决定：f_min = df = 1/(2 t_total)

7.Q：计算流动-振动噪声问题时，提取表面压力施加于结构表面，有的时候数据为空？

A：It is a problem of localization of the Actran surface in the 3D CFD mesh. Please add the following line in the CAA_SOURCES block of the icfd_time.dat input file :

BEGIN ICFD

BEGIN CAASOURCES ... ...

DIMENSION 3 .... ...

END CAASOURCES END ICFD

8.Q：Actran能计算声源吗？

A：Actran当然能计算声源。Actran软件的Aeroacoustics模块就是计算气动声源的，Actran软件的基本模块Acoustics模块是计算声传播的。

通常搞气动的人都以为，CFD才是计算声源的，当然没有错，气动噪声的激励来自流体，但CFD计算出的是脉动压力，并非声学意义上的“声源”，后者是CFD计算出的非定常流场（压力和速度）经过声类比计算才能转化为真正的“声源”。

9.Q：Actran计算气动噪声计算量太大，工程上能承受吗？

A：所谓计算量大，很大一部分来自于声学计算前的一个步骤即非定常CFD计算。但通常用户并不把声学计算完全地嵌入最基础的设计循环迭代，而是一个适度的大循环迭代。以风扇噪声设计为例，在一轮风扇气动设计完成后，进行一轮声学分析，然后根据声学分析结果再进行气动优化，如此循环迭代。这在工程上是完全能够接受的，也是必须的。

10.Q：Actran如何应用在风扇噪声和涡轮噪声设计中？

A：风扇噪声占航空发动机噪声来源的50%以上。风扇噪声设计主要是考虑气动噪声。风扇三维CFD非定常计算的流场信息经过声类比转换后就可以进行声学分析。Actran在欧盟框架下通过大量工程试验验证，对于风扇噪声，试验表明，Actran Aero Acoustics不仅可以计算得到宽带噪声，还能预测出与叶片旋转相关的基频、二次谐频以及各阶谐频噪声，满足工程计算需要。

Actran TM模块可以模拟风扇所产生的声源类型，以旋转管道模态的形式表述，研究风扇噪声在外涵道、进气道以及远场的传播。

涡轮噪声设计类似于风扇噪声。

11.Q：是否可以在一个模型里综合考虑流动与振动噪声问题？

A：Actran软件各模块基于统一的图形界面Actran VI，Vibro Acoustics模块可以与Aero Acoustics模块无缝配合，研究现实问题中常见的振动与流动声学混合问题。

12.Q:Lighthill声类比与morhing声类比方法的区别？什么时候应该选择morhing声类比方法？

A：morhing声类比方法只适用于均质媒质的声传播（Actran输入文件中，FLOW数据块定义非零平均流）。除此以外的情况，必须用Lighthill声类比方法。

13.Q:流致噪声中，对CFD求解有什么要求吗？网格密度与计算精度方面有什么关系？

A：Actran的优势在于CFD仿真和声场仿真网格不必相同，这主要是借助于CAA计算中的积分插值计算。

14.Q:对于流体计算中，需要提取什么量作为Actran/LA的输入？

这取决于计算问题的类型:

? 如果平均流速度非常重要（M> 0.2，0.3），那么不能忽略对流效应。这种情况，

CFD程序需要输出速度、密度以及声速； ? 如果平均流速度不重要（M< 0.2），那么CFD程序只需要输出速度（如果CFD计

算可压缩流，还需要输出密度）；

15. Q：Lighthill 声类比方法可以分析水动噪声问题吗？方程的右侧声源项是四极

子声源形式，是不是说明lighhill方法只能求解流体中的四极子源？

A：Actran中的体声源是由流体脉动产生的，体声源并没有像偶极子或者单极子那样人为的传播到虚拟平面上，因此，在其他方法中的单极子或者偶极子概念，像FW-H方程中，并不是Actran中所关注的问题，因为运用的是不同的技术方法。Lighthill声类比和Mohring声类比适合于气动噪声计算，也同样适合水声计算，在Actran水声计算中，由于运用体声源方法，并不区分单极子、偶极子、四极子。

16.Q：运用管道模态时，怎样定义声能量？

A：这与机舱运用相同，我们有三种方法，首先是Actran TM的三平面法，确定模态激励，但是这需要提供CFD平均流动的计算结果，由于类似的CFD计算在诸如航空发动机等

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