Actran聲學模擬分析標準教程

周泽，曾任Actran软件原厂商比利时FFT公司声学仿真工程师，产品市场经理。具有十余年仿真工程经验，广泛了解国内外客户对于噪声工程仿真的需求及发展现状，致力于将行业中最领先的技术落地到国内用户的工程实践中。 白长安，具有十余年振动噪声和气动噪声领域工作经验, 在汽车高速行驶风噪预测与优化、风机类旋转机械噪声预测与控制、核电管路系统噪声预测与控制等方向具备多年工程经验。曾参与过风机噪声预测与优化、核电设备噪声预测和分析等多项咨询课题。 白玉儒，Actran软件原厂高级工程师，具有十余年振动噪声和气动噪声工程仿真经验。主要专业方向为车辆声学包仿真及优化，电机NVH仿真和基于二次开发的各类声学仿真应用。

目錄

第 1章 聲學基本理論 1

1.1 聲學的基本概念 1

1.1.1 聲學的定義 1

1.1.2 聲波的頻率範圍 2

1.2 聲學波動方程的建立 2

1.2.1 連續介質力學基本方程 2

1.2.2 聲學波動方程及一般解 5

1.2.3 聲傳播的力學機理及波動物理量間的關系 7

1.3 傅里葉變換與亥姆霍茲方程 10

1.3.1 傅里葉變換 10

1.3.2 聲波的亥姆霍茲方程與主要的聲學物理量 12

1.4 聲級 13

第 2章 Actran軟件模塊功能與基本理論 19

2.1 Actran軟件模塊介紹 19

2.2 Actran軟件的圖形界面 21

2.2.1 Actran VI界面 21

2.2.2 PLTViewer界面 22

2.3 Actran分析模型結構 23

2.4 Actran求解序列 24

2.5 Actran數值方法應用理論 25

2.5.1 有限元方法 25

2.5.2 聲學無限元 31

2.5.3 完美匹配層 35

2.5.4 統計能量分析法 36

第3章 輻射噪聲的直接頻響分析 39

3.1 直接頻響分析 39

3.2 聲輻射問題簡介 40

3.3 案例——單極子聲源在自由場中的聲輻射 40

3.3.1 建模策略 41

3.3.2 Actran VI前處理 41

3.3.3 運行Actran模型文件 49

3.3.4 Actran後處理 50

3.4 案例——號角在半自由場中的聲輻射 56

3.4.1 建模策略 56

3.4.2 Actran VI前處理 56

3.4.3 運行Actran模型文件 59

3.4.4 Actran後處理 59

3.5 案例——齒輪箱振動聲輻射 61

3.5.1 建模策略 61

3.5.2 Actran VI前處理 62

3.5.3 運行Actran模型文件 70

3.5.4 Actran後處理 70

3.6 聲波的反射與吸收 73

3.7 案例——駐波管實驗 75

3.7.1 建模策略 75

3.7.2 Actran VI前處理 76

3.7.3 運行Actran模型文件 81

3.7.4 Actran後處理 82

3.8 案例——聲屏障聲場分析 85

3.8.1 建模策略 85

3.8.2 Actran VI前處理 86

3.8.3 運行Actran模型文件 90

3.8.4 Actran後處理 91

第4章 模態分析及管道聲模態在管道聲傳播中的應用 93

4.1 模態分析方法 93

4.2 規則聲學腔體模態的解析解 95

4.3 案例——纜車聲腔模態分析 96

4.3.1 建模策略 97

4.3.2 Actran VI前處理 97

4.3.3 運行Actran模型文件 99

4.3.4 Actran後處理 99

4.4 案例——纜車艙體結構模態計算 101

4.4.1 建模策略 101

4.4.2 Actran VI前處理 102

4.4.3 運行Actran模型文件 104

4.4.4 Actran後處理 104

4.5 管道中的聲模態 106

4.5.1 管道聲模態基本概念 106

4.5.2 管道聲傳遞損失的數值解 108

4.6 案例——消聲器的傳遞損失計算 110

4.6.1 建模策略 111

4.6.2 Actran VI前處理 111

4.6.3 運行Actran模型文件 114

4.6.4 Actran後處理 115

第5章 振動聲學模擬的直接頻響法 117

5.1 振動聲學耦合問題描述 117

5.2 結構板件隔聲問題的描述 119

5.3 隔聲量在Actran軟件中的模擬策略 121

5.4 案例——汽車防火牆傳遞損失 123

5.4.1 建模策略 123

5.4.2 Actran VI前處理 124

5.4.3 運行Actran模型文件 129

5.4.4 Actran後處理 129

5.5 使用模態與物理坐標混合方法進行聲振耦合分析 131

5.6 案例——天線（航天結構）在擴散聲場下的聲致振動分析 132

5.6.1 建模策略 133

5.6.2 Actran VI前處理 134

5.6.3 運行計算模型文件 142

5.6.4 Actran後處理 142

第6章 振動聲學模擬的模態頻響法 145

6.1 模態疊加頻率響應分析方法 145

6.2 案例——纜車結構聲振耦合模態頻響分析 146

6.2.1 建模策略 146

6.2.2 Actran VI前處理 147

6.2.3 運行Actran模型文件 154

6.2.4 Actran後處理 154

第7章 聲波的耗散吸收分析 157

7.1 流體介質的聲衰減 157

7.2 多孔彈性材料的聲衰減分析 159

7.2.1 基於畢奧理論的多孔材料的參數定義 159

7.2.2 多孔材料的模擬模型 161

7.3 穿孔板的模擬方法 163

7.4 案例——帶有聲學包裝的纜車轎廂聲場分析 163

7.4.1 建模策略 164

7.4.2 Actran VI前處理 164

7.4.3 運行Actran模型文件 168

7.4.4 Actran後處理 168

7.5 案例——汽車聲學包分析 169

7.5.1 建模策略 170

7.5.2 Actran VI前處理 171

7.5.3 運行Actran模型文件 179

7.5.4 Actran後處理 180

第8章 虛擬統計能量分析法 181

8.1 Actran虛擬統計能量分析法原理 181

8.2 流固耦合損耗因子的計算 183

8.3 案例——基於統計能量分析法的航天結構振動分析 183

8.3.1 建模策略 184

8.3.2 Actran VI前處理 185

8.3.3 運行Actran模型文件 189

8.3.4 Actran後處理 189

第9章 氣動聲學分析法 192

9.1 氣動聲學模擬方法概述 192

9.2 氣動噪聲預測的直接方法 194

9.3 氣動噪聲預測的混合方法 195

9.3.1 混合方法概述 195

9.3.2 聲類比理論 196

9.3.3 混合方法之積分方法 197

9.3.4 混合方法之變分方法 199

9.4 聲源濾波原理 204

9.5 案例——使用Actran模擬空調管道出口噪聲 204

9.5.1 建模策略 205

9.5.2 聲傳播模型設置的Actran VI前處理 206

9.5.3 聲源提取模型設置的Actran VI前處理 209

9.5.4 運行Actran模型文件 210

9.5.5 Actran後處理 210

9.6 案例——使用Actran模擬風機噪聲 213

9.6.1 建模策略 214

9.6.2 聲傳播模型設置的Actran VI前處理 215

9.6.3 聲源提取模型設置的Actran VI前處理 220

9.6.4 運行Actran模型文件 221

9.6.5 Actran後處理 221