VA One BEM声辐射仿真分析

2022年9月9日 浏览：1806 评论：1 收藏：8






【边界元法(BEM)】是在经典积分方程的基础上，吸收了有限元法(FEM)的离散技术而发展起来的计算方法。

边界元的特点：

  • 问题的边界化，即将给定区域上的定解问题化为只考虑边界的问题，边界化的结果使问题降维，如果是各维尺度相近的大型问题，代数方程组的未知数按指数规律减少，这将大大减少前处理、数据存储量和计算耗时。边界元法的封闭方程组中只有边界节点上的未知量，解完方程组再根据需要有目的性地求内部值，因此减少了计算的盲目性，同时扩大了方法的应用范围。

  • 边界的离散化，由于只对边界离散，因此计算误差只来源于边界，又由于区域内由解析公式计算，这就提高了计算精度，并达到内部值的某些特殊要求，如连续性、可微性等。






VA One BEM声辐射仿真分析的图1

本文基于官方实例演示使用边界元法进行声辐射仿真分析的操作技巧，以此来掌握BEM的基本分析方法。

软件版本：VA ONE 2019

视频教程推荐：《VA One从入门到精通》

https://www.jishulink.com/college/video/c13017

VA One BEM声辐射仿真分析的图2
公众号专栏：【VA ONE精通之道】 公众号.jpg

模型建立与属性设置

VA One BEM声辐射仿真分析的图4

  • 通过菜单栏Edit > Preferences > General > Units选择单位制为m-kg-Sec(SI)

VA One BEM声辐射仿真分析的图5

  • 通过菜单栏Slove > Frequency Domain在弹出的对话框中选择Constant Bandwidth并设置Star Freq.为4000Hz，End Freq.为4000Hz，Bandwidth为100Hz

    VA One BEM声辐射仿真分析的图6

  • 通过菜单栏File > Import > FE Model > Nastran(limited)从软件安装目录下的Tutorials文件夹中导入BEM_Tutorial1.bdf文件

    VA One BEM声辐射仿真分析的图7

  • 框选分析模型，选择建模工具栏中的Create Structural FE Subsystem工具生成有限元结构子系统和有限元面，并在弹出的窗口中点击确认即可完成初步建模

    VA One BEM声辐射仿真分析的图8

  • 在Brower窗口，点开树状图Physical Properties > Plates & Shelles下的uniform工具

VA One BEM声辐射仿真分析的图9

  • 单击基本工具栏中的Create按钮即可弹出新建物理属性窗口

VA One BEM声辐射仿真分析的图10

  • 指定材料为Cast Iron，并设置厚度为0.02m

VA One BEM声辐射仿真分析的图11
VA One BEM声辐射仿真分析的图12

  • 在3D窗口，点开树状图取消勾选FE Faces即隐藏有限元面，双击有限元结构子系统，在General面板下单击Attributes标签下的Set FE Element Properties（蓝色为有限元面，黄色为有限元结构子系统）

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  • 在Set FE Element Properties面板下勾选Shell Elements并选择新建的物理属性即可完成属性的设置

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模态计算与云图查看

VA One BEM声辐射仿真分析的图15

  • 通过菜单栏Solve选择Run Intermediate Solvers下的Structural FE进行模态求解

VA One BEM声辐射仿真分析的图16

  • 求解完成后，在3D窗口中，点击动画控制按钮即可出现有限元模态云图控制面板

VA One BEM声辐射仿真分析的图17

  • 勾选Structural选项，选择对应的频率，点击Play按钮即可播放有限元模态云图

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VA One BEM声辐射仿真分析的图19

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边界元流体与响应面建立

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  • 在Brower窗口，点开树状图中Geometry下的Nodes工具，在ID表格中输入节点序号，在XYZ表格中输入节点坐标（0,0,0.3）

  • 在3D窗口，点开树状图勾选Unused Nodes选项，显示新建的节点

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  • 在建模工具栏中选择工具Create BEM Fluid并选择新生成的节点即边界元流体的建立

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  • 在3D窗口，点开树状图勾选FE Faces并取消勾选FE/BEM Subsystems即可显示有限元面同时隐藏有限元结构子系统

  • 在建模工具栏中选择Connect Semi-Infinite Fluid or BEM Fluid or FSP Load to Subsystem or FE Face工具并选择边界元流体，同时按住Ctrl + Shift 单击有限元面，从而完成边界元流体与有限元面的连接

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  • 通过菜单栏Scripts > FE & BEM Utilities > Create > Generate Sphere Data Recovery Mesh创建球形压力响应网格面，在弹出的窗口中设置球形面半径为0.5m

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VA One BEM声辐射仿真分析的图26

  • 删除球形响应面其中4个有限元面

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  • 在建模工具栏中选择Connect Semi-Infinite Fluid or BEM Fluid or FSP Load to Subsystem or FE Face工具并选择边界元流体，同时按住Ctrl + Shift 分别单击剩余的4个响应面，从而完成边界元流体与响应面的连接

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激励加载与声辐射分析

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  • 在建模工具栏中选择Add Plane Wave to BEM Fluid工具并点击边界元流体即可完成激励加载

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  • 通过菜单栏Slove选择Slove或Ctrl + R对模型进行求解

VA One BEM声辐射仿真分析的图31

  • 求解完成后通过菜单栏Results选择Contour Plot，在弹出的窗口中勾选Display contour plot，点击确认后即可查看响应云图

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VA One BEM声辐射仿真分析的图35





 结·束·语






VA One BEM声辐射仿真分析的图36



VA ONE软件的功能是非常强大的，覆盖全频段（BEM/FE-SEA/SEA）的振动噪声分析。本文主要介绍了采用边界元法进行声辐射仿真分析的关键技巧，通过简单案例的实操，逐步掌握并精通软件的核心仿真方法。




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