Virtual.Lab Acoustics聲學(xué)仿真計算高級應(yīng)用實例

前言

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活水平越來越高，人類在享受現(xiàn)代文明所帶來的快捷方便的同時，對社會環(huán)境提出了更高的要求。人們總是希望能在一個安靜祥和的環(huán)境中工作和生活，但是由于社會的發(fā)展，出現(xiàn)了一些人們不想出現(xiàn)的現(xiàn)象，如環(huán)境污染、噪聲污染等，如何消除這些負(fù)面影響，已經(jīng)成為全世界共同關(guān)注的問題。人們外出旅游、社會交往和上下班都會乘坐各種各樣的交通工具，總是希望自己乘坐的交通工具安全舒適，噪聲盡可能少；在家庭，當(dāng)我們使用各種各樣的家用電器時，總是希望家電的噪聲越小越好；在辦公室，人們希望周圍的環(huán)境安靜平和；在工廠，工人通常希望機(jī)器發(fā)出的噪聲越小越好。噪聲已經(jīng)成為威脅人類生存的三大公害之一，許多國家都成立了噪聲控制的專門機(jī)構(gòu)，頒布了有關(guān)的法規(guī)，無論是生產(chǎn)還是管理部門，都應(yīng)該重視噪聲的控制工作?，F(xiàn)代社會的工業(yè)日益發(fā)達(dá)，機(jī)器功率不斷提高，交通日益發(fā)達(dá)，汽車速度不斷提高，汽車保有量大幅度增加，相伴而來的就是噪聲污染日益普遍和嚴(yán)重。噪聲對人們的生理和心理都有嚴(yán)重的影響。較強(qiáng)噪聲的持續(xù)作用，可使人聽力下降，嚴(yán)重時導(dǎo)致永久性聽力減退，不可恢復(fù)，日積月累會產(chǎn)生噪聲性耳聾，猛烈的噪聲可對人耳造成急性傷害。噪聲對人的生理影響很廣泛，并不局限于聽覺器官，長期的噪聲作用，對人的神經(jīng)系統(tǒng)有顯著影響，并引起病理改變；通過神經(jīng)系統(tǒng)，噪聲還影響和傷害人的心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、血液以及視覺器官等。長期工作在高噪聲環(huán)境中的人易患神經(jīng)衰弱、眼痛、視力退減、貧血、胃功能紊亂、高血壓和心臟缺血性疾病等病癥。噪聲使人產(chǎn)生緊張感、心情煩躁、易憤怒，工作效率明顯降低。在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段，如在汽車開發(fā)設(shè)計時，若能考慮汽車的噪聲問題，可以提高汽車的乘坐舒適性，提高產(chǎn)品的市場競爭力，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，對用戶而言，可以更好地享受生活樂趣，提高生活質(zhì)量。

內(nèi)容概要

本書所介紹的Virtual,Lab Acoustics軟件是專門從事噪聲分析的CAE軟件，它在CATIAV5平臺上集成了原來的SYSNOISE功能，并開發(fā)出一些新的功能。本書主要講解數(shù)值聲學(xué)原理，包括聲學(xué)有限元和聲學(xué)邊界元；如何在Virtual,Lab軟件中進(jìn)行聲學(xué)計算，包括聲學(xué)有限元的應(yīng)用、聲學(xué)邊界元的應(yīng)用、耦合聲學(xué)有限元的應(yīng)用、耦合邊界元的應(yīng)用和ATV的應(yīng)用等，內(nèi)容涉及汽車、發(fā)動機(jī)、消聲器、飛機(jī)等，主要包括聲學(xué)有限元、聲學(xué)邊界元、聲學(xué)無限元、PML方法、多級邊界元、ATV和MATV、傳遞損失、氣動聲學(xué)、瞬態(tài)有限元和瞬態(tài)邊界元等。    本書讀者對象主要是高校的研究生、高年級本科生、高校老師、汽車發(fā)動機(jī)行業(yè)的CAE技術(shù)人員、航空航天行業(yè)的技術(shù)人員、船舶行業(yè)的技術(shù)人員、軍工行業(yè)的技術(shù)人員、消聲器廠技術(shù)人員、家電手機(jī)和其他民用行業(yè)的技術(shù)人員等，凡是關(guān)注結(jié)構(gòu)噪聲問題的讀者，均可參考本書。

書籍目錄

第1章 數(shù)值聲學(xué)方法  1.1 聲學(xué)基本量    1.1.1 聲壓    1.1.2 聲波的能量    1.1.3 聲功率和聲強(qiáng)    1.1.4 聲級    1.1.5 計權(quán)聲壓  1.2 聲學(xué)Helmholtz波動方程    1.2.1 聲波連續(xù)方程    1.2.2 聲波的運(yùn)動方程    1.2.3 聲波的物態(tài)方程    1.2.4 聲波的波動方程  1.3 邊界條件    1.3.1 聲場分類    1.3.2 邊界條件  1.4 聲學(xué)有限元法    1.4.1 形函數(shù)的表達(dá)式    1.4.2 聲學(xué)有限元的系統(tǒng)矩陣    1.4.3 聲學(xué)模態(tài)法    1.4.4 耦合聲學(xué)有限元  1.5 直接邊界元法    1.5.1 非耦合直接邊界元    1.5.2 耦合直接邊界元  1.6 間接邊界元    1.6.1 非耦合聲學(xué)邊界元    1.6.2 耦合間接邊界元第2章 Virtual,LabAcoustics基礎(chǔ)功能簡介  2.2 Virtual,Lab軟件的安裝    2.2.1 軟件程序的安裝    2.2.2 License許可文件的安裝  2.3 VirtuaL,Lab的基本操作    2.3.1 Virtual,Lab的界面操作    2.3.2 導(dǎo)入有限元模型    2.3.3 更改界面語言    2.3.4 更改背景顏色    2.3.5 保存模型    2.3.6 導(dǎo)入有限元模型的振動響應(yīng)    2.3.7 導(dǎo)入有限元模型的結(jié)構(gòu)模態(tài)    2.3.8 創(chuàng)建輸入輸出點    2.3.9 定義載荷    2.3.10 基于模態(tài)的強(qiáng)迫響應(yīng)計算    2.3.11 組的創(chuàng)建  2.4 Virtual,LabAcoustics聲學(xué)建模基本知識    2.4.1 Virtual,Lab的單位制    2.4.2 聲學(xué)網(wǎng)格要求    2.4.3 聲學(xué)計算的基本步驟第3章 聲學(xué)有限元的應(yīng)用  3.1 消聲器的傳遞損失計算    3.1.1 多腔消聲器的傳遞損失計算    3.1.2 考慮流體流速時消聲器傳遞損失的計算    3.1.3 帶穿孔板的消聲器傳遞的傳遞損失計算  3.2 車內(nèi)聲場的計算    3.2.1 不考慮座椅的車內(nèi)聲場計算    3.2.2 考慮座椅的車內(nèi)聲場計算  3.3 進(jìn)氣管聲場計算  3.4 聲學(xué)無限元的應(yīng)用    3.4.1 聲學(xué)無限元概述    3.4.2 發(fā)動機(jī)輻射聲場    3.4.3 輪胎聲學(xué)無限元  3.5 聲學(xué)有限元板塊貢獻(xiàn)量的應(yīng)用  3.6 用PML方法計算外聲場    3.6.1 PML方法簡介    3.6.2 用PML方法計算渦輪增壓器的輻射聲場第4章 聲學(xué)邊界元的應(yīng)用  4.1 用直接邊界元法計算發(fā)動機(jī)輻射噪聲  4.2 用直接邊界元法計算汽車內(nèi)噪聲  4.3 用間接邊界元法計算開口盒子的輻射聲場  4.4 油閥蓋的輻射噪聲  4.5 汽車板塊貢獻(xiàn)量分析  4.6 多極邊界元的應(yīng)用    4.6.1 用多極邊界元計算車內(nèi)聲場    4.6.2 用多極邊界元計算發(fā)動機(jī)輻射聲場  4.7 潛艇散射聲場的計算第5章 耦合聲學(xué)有限元的應(yīng)用  5.1 封閉金屬盒子的耦合  5.2 汽車內(nèi)噪聲耦合  5.3 考慮內(nèi)飾材料的車內(nèi)輻射聲場    5.3.1 多孔材料的參數(shù)    5.3.2 考慮內(nèi)飾的汽車內(nèi)聲場計算第6章 耦合聲學(xué)邊界元的應(yīng)用  6.1 金屬蓋的透射聲場  6.2 用耦合間接邊界元法計算車內(nèi)聲場  6.3 音箱的輻射聲場計算第7章 聲學(xué)傳遞向量ATV的應(yīng)用  7.1 ATV方法簡介  7.2 用ATV法計算車內(nèi)聲場  7.3 用MATV法計算發(fā)動機(jī)的輻射噪聲  7.4 用ATV法計算板塊貢獻(xiàn)量  7.5 聲學(xué)逆計算第8章 隔聲量的計算  8.1 管道中金屬薄片的隔聲量  8.2 雙層玻璃的隔聲量  8.3 機(jī)艙壁隔聲量的計算第9章 氣動聲學(xué)的計算  9.1 風(fēng)扇噪聲  9.2 汽車后視鏡的聲場計算第10章 瞬態(tài)有限元和瞬態(tài)邊界元的應(yīng)用  10.1 輪胎瞬態(tài)聲學(xué)有限元  10.2 空氣夾層的反射和干涉  10.3 瞬態(tài)聲源的輻射聲場  10.4 碰撞傳感器的瞬態(tài)聲場

章節(jié)摘錄

插圖：結(jié)構(gòu)振動可以產(chǎn)生聲音，聲音也可以產(chǎn)生振動。結(jié)構(gòu)與聲音之間相互作用的程度會有所不同，當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度比較小，而周圍的流體介質(zhì)的密度比較大的時候，結(jié)構(gòu)與聲音的相互作用就比較大，例如音箱中振模的振動與空氣的相互作用就比較大；反過來，結(jié)構(gòu)的剛度比較大，而流體介質(zhì)的密度比較小的時候，結(jié)構(gòu)與聲音的相互作用就比較小。例如汽車發(fā)動機(jī)，由于發(fā)動機(jī)的剛度很大，而空氣的密度較小，發(fā)動機(jī)和空氣之間的耦合作用就很小。耦合問題就是結(jié)構(gòu)和流體之間的相互作用比較大，必須考慮結(jié)構(gòu)和流體之間的相互作用，如果忽略任何一方對另一方的作用，計算出來的結(jié)果與實際的結(jié)果就會有很大誤差。非耦合作用就是結(jié)構(gòu)和流體之間的相互作用比較小，忽略任何一方對另一方的作用，計算出來的結(jié)果與實際的結(jié)果不會有很大誤差。結(jié)構(gòu)與流體之間相互作用是單向的，這時候可以分為兩種情況，一是結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生聲音，聲音對結(jié)構(gòu)的影響是可以忽略的，例如前面提及的發(fā)動機(jī)的問題；另外一種情況就是聲音引起結(jié)構(gòu)振動，結(jié)構(gòu)對聲音的影響是可以忽略的，例如汽車經(jīng)過時，引起的房屋上玻璃的振動問題。耦合問題中，聲音和結(jié)構(gòu)必須在一個環(huán)境中考慮，而非耦合問題中，聲音和結(jié)構(gòu)需要分別處理，可以在兩個不同的環(huán)境中考慮。

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