Actran軟(ruan)件介(jie)紹

Actran是(shi)業內著名的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學仿真軟件(jian)(jian)，覆(fu)蓋(gai)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學、振(zhen)動(dong)(dong)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學、氣(qi)(qi)動(dong)(dong)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學等多方面仿真功能。Actran可以處理的(de)問(wen)題(ti)包(bao)括：聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)輻射、散射問(wen)題(ti)，聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波通過簡單或復雜結(jie)構的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)透射問(wen)題(ti)，封閉(bi)空間中的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)場問(wen)題(ti)，在管道中的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)傳(chuan)播(bo)問(wen)題(ti)，吸聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)材(cai)料(liao)(liao)、多孔材(cai)料(liao)(liao)及高阻尼材(cai)料(liao)(liao)對能量(liang)耗散問(wen)題(ti)，氣(qi)(qi)動(dong)(dong)噪聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)問(wen)題(ti)，對流中的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)傳(chuan)播(bo)問(wen)題(ti)，高馬赫數流場中的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)傳(chuan)播(bo)問(wen)題(ti)等。經(jing)過FFT(Free Field Technologies)公(gong)司在有限元(yuan)/無限元(yuan)技術上持續開發和(he)投(tou)入，以及在世界領先飛機制造商、船舶和(he)汽車(che)的(de)實際工程應用(yong)，使FFT公(gong)司在對氣(qi)(qi)動(dong)(dong)噪聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)和(he)振(zhen)動(dong)(dong)噪聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)模擬方面，無論(lun)是(shi)軟件(jian)(jian)技術還在建模經(jing)驗都處于行業領先水平。

圖1   Actran功能(neng)模塊配(pei)置(zhi)圖

（1）高效率的(de)聲輻射和聲傳播分析模塊—Actran Acoustics

Actran Acoustics是軟件基礎模(mo)塊(kuai)，具(ju)備基礎聲學分析(xi)功能，Actran軟件系列的基礎(chu)，它既可以(yi)單獨使用，又是其(qi)它高級(ji)工具(ju)Actran Aero-Acoustics、Actran TM、Actran DGM要求配置(zhi)的基礎軟件(jian)。

Actran Acoustics包含(han)了許多排他性聲學模(mo)擬能力，既可以(yi)模擬簡(jian)單(dan)的部件，也可以模擬(ni)復雜的系統。Actran Acoustics的聲學模擬能(neng)力得益于FFT公司(si)具有(you)排他性(xing)、高魯棒(bang)性(xing)、高效率的聲學有(you)限(xian)元(yuan)和無(wu)限(xian)元(yuan)庫(ku)及(ji)求解技術(shu)。

Actran Acoustics同時提供(gong)模態(tai)方法(fa)和物理(li)方法(fa)，因而(er)可(ke)以(yi)輕而(er)易舉的分(fen)析空腔中(zhong)的聲場。吸(xi)音(yin)壁面可(ke)以(yi)用阻(zu)抗邊界(jie)條件和多孔材料(liao)模(mo)型加(jia)以(yi)詳(xiang)細模(mo)擬(ni)。

對非均(jun)質流動和溫度梯(ti)度效應(ying)的處(chu)理是Actran Acoustics的重要特色之(zhi)(zhi)一。除此之(zhi)(zhi)外，還包含了處(chu)理粘熱效應(ying)的特殊單(dan)元，這(zhe)對聲(sheng)波在窄通道和薄(bo)空腔中的傳(chuan)(chuan)播(bo)特別重要，典型的應(ying)用如助聽器、聲(sheng)納陣(zhen)面板等。Actran Acoustics能夠研究飛機乘客艙、駕駛艙及管道系統等聲(sheng)傳(chuan)(chuan)播(bo)，獲得內部聲(sheng)場。

Actran Acoustics的典型應用：渦(wo)輪機(ji)(ji)械、環(huan)控系(xi)統、乘客艙(cang)、管道系(xi)統、傳動系(xi)、發(fa)動機(ji)(ji)部件（油底殼、進氣岐管、空氣過濾器、閥蓋）、發(fa)動機(ji)(ji)系(xi)統、壓縮機(ji)(ji)、電機(ji)(ji)、揚(yang)聲器及(ji)聽覺設備等。

圖(tu)2   Actran/ACOUSTICS典型應用

（2）高級振(zhen)動聲學分析模(mo)塊—ATRAN Vibro-Acoustics

Actran Vibro-Acoustics是當今(jin)最完備的(de)振動(dong)聲(sheng)學模擬軟(ruan)件(jian)。Actran Vibro-Acoustics建立于(yu)Actran Acoustics之上，Actran Vibro-Acoustics提供豐富單元庫、材料庫、邊界(jie)條件(jian)和(he)(he)激勵(li)類型、求(qiu)解(jie)方法(fa)和(he)(he)求(qiu)解(jie)器，因而被要求(qiu)最為(wei)嚴格(ge)的(de)工(gong)程(cheng)師和(he)(he)研究(jiu)人員(yuan)用來模擬當今(jin)最有挑戰性(xing)的(de)振動(dong)聲(sheng)學設計問題。

可以(yi)在(zai)Actran中利(li)用它豐富的材(cai)料庫(ku)建(jian)立結(jie)構模型。事實上，Actran不僅提(ti)供表達(da)聲學和粘彈(dan)性介(jie)(jie)質(zhi)等常規材(cai)料，而且還包(bao)含(han)許多(duo)特殊(shu)模型，用于表達(da)多(duo)孔(kong)和不可壓縮(suo)性介(jie)(jie)質(zhi)、復合材(cai)料以(yi)及主(zhu)動單元(yuan)部(bu)件（包(bao)括壓電陶瓷）。所有的材(cai)料可以(yi)結(jie)合在(zai)一個模型中，這樣(yang)就可以(yi)取得最真(zhen)實的結(jie)果。

可(ke)(ke)以(yi)選擇在物理(li)坐標和模(mo)(mo)態坐標下的(de)求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)聲(sheng)振耦(ou)合(he)(he)模(mo)(mo)型或非耦(ou)合(he)(he)模(mo)(mo)型，既可(ke)(ke)以(yi)在頻域(yu)(yu)求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)頻率(lv)響應函數，也可(ke)(ke)以(yi)在時域(yu)(yu)求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)結(jie)構的(de)瞬(shun)態響應。高效(xiao)率(lv)的(de)線性方程求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)器和并行(xing)處理(li)能力可(ke)(ke)以(yi)使(shi)您在聲(sheng)學設計時求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)工業(ye)規模(mo)(mo)的(de)問題(ti)。

圖3    Actran/VIBRO-Acoustics典(dian)型應用

（3）聲學包聲學分析模塊—Actran for Trimmed body

Actran for Trimmed body 是結(jie)合了Actran和NASTRAN所有技術優勢的高級振(zhen)動聲學軟(ruan)件，它建立在功(gong)能強大Actran Vibro-Acoustics和NASTRAN之上，二者(zhe)不是通過接(jie)口，而是將NASTRAN融入(ru)到Actran的血液之中，這樣就可以(yi)在聲學分析時(shi)利用NASTRAN的超單(dan)元(yuan)特性。

Actran for NASTRAN給CAE工程師將提供了將兩種最最好的(de)技(ji)術——Actran的(de)物理模(mo)(mo)型和NASTRAN的(de)模(mo)(mo)態模(mo)(mo)型結合在一起(qi)方法。Actran for Trimmed body可以用于整車聲學包模(mo)(mo)擬。

圖(tu)4 Actran for Trimmed body典型應用

（4）流(liu)動噪聲(sheng)分析模塊—Actran Aero-Acoustics

Actran Aero-Acoustics是預測流動噪(zao)聲(sheng)(sheng)的聲(sheng)(sheng)學(xue)有限元軟(ruan)件，Actran Aero-Acoustics采用混合方法求解流動噪(zao)聲(sheng)(sheng)問(wen)題，即從商業CFD程(cheng)序如Fluent、Star-CD、CFX、StarCCM+、Powerflow、Ensight等的模擬結果獲取流動聲(sheng)(sheng)源。

完整的模擬(ni)過程(cheng)包含(han)以下五步，如圖5所示(shi)：

圖5   Actran/AERO-ACOUSTICS分析步驟(zou)

（1）利用CFD程序完成非(fei)定常(chang)流動模擬。

（2）將每(mei)一個時間步CFD的解（速度、密度、壓力場）存儲為(wei)CFD程(cheng)序自身的格(ge)式或通(tong)用的Ensight格(ge)式。

（3）Actran Aero-Acoustics根據第一步的CFD的結果(guo)計算(suan)流(liu)動(dong)噪聲源(yuan)。這包括(kuo)將流(liu)場結果(guo)按照Lighthill聲類比(bi)或Morhing聲類比(bi)方法轉(zhuan)換為聲源(yuan)，并從(cong)時域轉(zhuan)化到頻域。

（4）將噪聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)源從CFD網(wang)格插值到聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學網(wang)格，并計算(suan)其傳播，得到聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓、聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)速和聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強，以及(ji)各種(zhong)局(ju)部(bu)量（壓力）和全局(ju)（功率）的頻率響應函數(shu)。

（5）在Actran/VI中(zhong)查看結果。

多步方法將(jiang)帶來以下好(hao)處(chu)：

（1）每(mei)一部(bu)分(fen)工(gong)作由不同的工(gong)程師、部(bu)門(men)分(fen)別完成；

（2）同一CFD模擬結(jie)果可以用(yong)于不同的聲(sheng)學模型；

（3）聲學網格不必像CFD網格那樣在流動結構很小的區域細(xi)化。

聲(sheng)輻射(she)和(he)傳播計(ji)算。得(de)到聲(sheng)壓、聲(sheng)速和(he)聲(sheng)強，以及各種(zhong)局部(bu)量（壓力(li)）和(he)全局（功率(lv)）的頻率(lv)響應(ying)函(han)數。

Actran Aero-Acoustics的典型應(ying)用(yong)：APU、環控系統、管道系統噪(zao)聲、排(pai)氣系統、通(tong)風系統、艦(jian)船(chuan)螺旋槳噪(zao)聲、空調系統、后(hou)視鏡(jing)噪(zao)聲、水動力(li)噪(zao)聲、汽車(che)風噪(zao)聲等。

（5）快(kuai)速氣(qi)動噪聲(sheng)分析(xi)模塊—Actran SNGR

Actran AeroAcoustics的(de)基礎上，延伸至使用SNGR（Stochastic Noise Generation & Radiation）方法進行氣(qi)動噪聲(sheng)計算，可以基于穩態CFD結果進行流場時域數據的(de)重構和氣(qi)動聲(sheng)學的(de)計算。

運用SNGR方法可避(bi)免耗時的非穩(wen)態流場(chang)求解過程(cheng)，計算效率比傳統(tong)的瞬(shun)態CFD+聲(sheng)學模(mo)式提高4-6倍。

SNGR適(shi)用于(yu)(yu)進行(xing)產品不同(tong)氣動設計下噪(zao)聲的對比。對于(yu)(yu)相對值的預測(ce)，可(ke)以讓工(gong)程師(shi)快(kuai)速判斷造型改變對噪(zao)聲的影(ying)響(xiang)。

圖6 使用SNGR計算(suan)排氣噪聲在不同馬赫數(shu)下(xia)的差值

SNGR另一優勢在于對高頻(pin)信號的(de)(de)計算。若(ruo)使用瞬態CFD方法仿真(zhen)氣動(dong)噪聲，會產生由單元尺度導致(zhi)的(de)(de)截止頻(pin)率，而SNGR方法對CFD網格精度要求(qiu)較低，可以更好(hao)的(de)(de)反映高頻(pin)結果。

（6）旋轉機械噪聲分析模塊—Actran TM

Actran TM是(shi)分析旋轉機械及管(guan)道(dao)輻射噪聲的分析工(gong)具。Actran TM提(ti)供(gong)了(le)渦輪(lun)機械噪(zao)聲(sheng)分析所需(xu)要(yao)的(de)所有高級模擬功(gong)能。Actran TM具(ju)有以下(xia)獨有的(de)技(ji)術優勢：

準(zhun)確(que)捕捉(zhuo)非均(jun)質(zhi)(zhi)流(liu)的(de)對流(liu)和折射(she)效應，既(ji)可以用Actran計(ji)算非均(jun)質(zhi)(zhi)背景流(liu)動，也可以從(cong)其它(ta)CFD仿真程序(xu)導入；

（1）利用Actran TM中的(de)Myers邊界條(tiao)件，聲襯的(de)影響被精(jing)確統計；

（2）可以用入射(she)管道模態來(lai)定義(yi)聲源，或者根(gen)據一組平(ping)面的壓(ya)力脈取(qu)聲源，壓(ya)力脈動來(lai)自CFD的瞬態計(ji)算結(jie)果(guo)。

聲學CAE的(de)挑(tiao)戰之一就是處理大(da)馬赫(he)數、大(da)幾何尺寸、形(xing)狀(zhuang)復雜的(de)大(da)模型， Actran TM具有包含高級并行處理能力在內的(de)高效率求解技(ji)術，只有Actran TM才可以應對這些挑(tiao)戰。

Actran TM的典型(xing)應用：渦(wo)輪機械（航空(kong)、船舶）、航空(kong)發動機噪聲、發動機短艙(cang)、管(guan)道式冷卻系(xi)統(tong)、鼓風機系(xi)統(tong)。

圖7   Actran/TM典(dian)型應用   

（7）發動機排氣(qi)噪聲分(fen)析模塊—Actran DGM

Actran DGM是對Actran TM的(de)最(zui)好補充，它可以求解比Actran TM更高(gao)的(de)馬赫數(shu)和更高(gao)的(de)頻率(lv)，使Actran DGM成為(wei)模擬發動機排(pai)氣(qi)等噴流噪聲的(de)排(pai)他性工(gong)具(ju)。

Actran DGM使用非(fei)連續伽遼金法求(qiu)(qiu)解線性(xing)化的(de)歐拉方程，能夠預(yu)測(ce)在(zai)復雜物理條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件下(xia)的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳(chuan)播，這使Actran DGM具(ju)有非(fei)常(chang)優異的(de)并行加速(su)比(bi)，因而Actran DGM可以求(qiu)(qiu)解非(fei)常(chang)大(da)的(de)工程問(wen)題(ti)。它特(te)別適合于求(qiu)(qiu)解具(ju)有二級空氣(qi)系統(tong)的(de)航空發動機氣(qi)動聲(sheng)(sheng)(sheng)學問(wen)題(ti)，它精確統(tong)計了強剪切流、大(da)溫度梯度的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳(chuan)播效(xiao)應(ying)，Actran DGM模(mo)擬排(pai)氣(qi)噪聲(sheng)(sheng)(sheng)需要的(de)所有邊界(jie)條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件：表達發動機風扇聲(sheng)(sheng)(sheng)源的(de)管道模(mo)態(tai)激勵(li)、無(wu)反射(she)邊界(jie)條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件、速(su)度邊界(jie)、導(dao)納條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件、聲(sheng)(sheng)(sheng)襯邊界(jie)條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件以及反映(ying)安裝效(xiao)應(ying)的(de)Thompson邊界(jie)條(tiao)(tiao)(tiao)(tiao)件等。

Actran DGM的(de)典型應用：渦輪排氣噪(zao)聲、大型渦輪進氣噪(zao)聲、所有涉及非均質平均流動效(xiao)應的(de)聲傳播問題。

圖(tu)8   Actran/DGM典型(xing)應用

（8）功能強(qiang)大的前后處理模塊—Actran VI

Actran VI是專業聲學前(qian)后處(chu)(chu)理(li)(li)(li)軟(ruan)件，它可(ke)(ke)(ke)以(yi)完成(cheng)分析任(ren)務的(de)(de)生成(cheng)、編(bian)輯等前(qian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)任(ren)務。與傳統的(de)(de)有限元(yuan)程序的(de)(de)使用流程相同(tong)，易于被工(gong)程師接(jie)受和理(li)(li)(li)解，操作方便(bian)，同(tong)時提(ti)(ti)供腳(jiao)本(ben)(ben)文(wen)件編(bian)輯功能，用戶可(ke)(ke)(ke)以(yi)不需要啟(qi)動軟(ruan)件前(qian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)界(jie)(jie)面就可(ke)(ke)(ke)以(yi)直接(jie)在文(wen)本(ben)(ben)文(wen)件中添加(jia)與修(xiu)改求(qiu)解參數，并提(ti)(ti)交計(ji)算(suan)。支持邊界(jie)(jie)條(tiao)件的(de)(de)可(ke)(ke)(ke)視化，支持在做前(qian)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)時可(ke)(ke)(ke)以(yi)直接(jie)查看如梁單元(yuan)方向、施加(jia)載荷的(de)(de)位置和方向等。

Actran VI除了具(ju)有云圖、矢量圖、數據報告等通用后(hou)(hou)處(chu)理(li)(li)功能(neng)外，還(huan)具(ju)有瀑(pu)布(bu)圖、多工況曲線(xian)圖等后(hou)(hou)處(chu)理(li)(li)能(neng)力，滿足聲學分析(xi)對后(hou)(hou)處(chu)理(li)(li)的(de)特殊要求。支持以(yi)動畫的(de)形(xing)式展示(shi)結果，通過設(she)置(zhi)(zhi)的(de)場(chang)(chang)點，可以(yi)描繪出聲學指向性(xing)曲線(xian)，指向性(xing)曲線(xian)可以(yi)快速找(zhao)到(dao)(dao)室(shi)內噪(zao)聲輻射較(jiao)大(da)的(de)方(fang)向位(wei)置(zhi)(zhi)，方(fang)便找(zhao)出聲源。還(huan)可以(yi)將場(chang)(chang)點、節(jie)點的(de)頻(pin)譜曲線(xian)結果轉換為(wei)聲音文件，讓使用者聆聽通過仿真預測(ce)到(dao)(dao)的(de)聲音。

圖9   Actran/VI

（9）高性能計算模塊—Actran Parallel & Actran GPU

Actran可以(yi)支(zhi)持(chi)多種并行(xing)(xing)計算(suan)(suan)方法，如：頻(pin)域并行(xing)(xing)、計算(suan)(suan)域并行(xing)(xing)，矩陣并行(xing)(xing)等。同(tong)時(shi)Actran支(zhi)持(chi)頻(pin)率(lv)或(huo)軸(zhou)對稱階(jie)數(shu)疊加并行(xing)(xing)。多種并行(xing)(xing)求解器(qi)可大大提(ti)高計算(suan)(suan)效率(lv)。

Actran DGM模塊(kuai)支持CPU并行及GPU加(jia)速(su)；Actran DGM以(yi)外其他模塊(kuai)支持CPU并行加(jia)速(su)計(ji)多線程(cheng)加(jia)速(su)計(ji)算(suan)。

圖10　 不同并行方法對短艙聲學問題求解效率的影(ying)響(xiang)