基于模态的声振耦合计算几个问题

mt917taylor

现在采用声学边界元与结构有限元进行声振耦合计算，有几点疑惑，希望版主帮助一下:1.由于采用基于结构模态的声振耦合计算，结构模态是在ansys计算得出的，.rst直接导入virtual.lab，这里的结构模态需要计算到多少阶，阶数与什么有关？
2.由于模态是自由模态，前6阶为刚体模态，这6阶也参与计算吧，想问的是在virtual。lab那么基于结构模态的声振耦合是如何进行计算的（如何将结构模态与边界元进行耦合计算的）？理论或者公式可以直接在这里解释一下，或者给个链接，或者传给我，我也可以自己看。。呵呵呵
3.好吧，再确定一个具体操作的问题。
在计算基于振动的声振耦合时，保存的结果有三个选项：
result at field points（save as vectors   ....save as functions....)第一项是保存为矢量，可以绘制云图，第二项保存为函数，可以绘制函数，两者的区别在哪？矢量与函数式如何保存的？（我知道两者可以在软件相互转换，就不用说了。。但是对于随机噪声激励，居然不能转换，，原因不知）
potentials at acoustic nodes （save as vectors）这里保存成矢量，是不是把边界元所有的节点属性（声压、速度）全部保存？

song0404

这是个有趣的问题，虽然我不做声振耦合。很多人只会用软件，最后连原理都没搞清楚，这样不太好。
耦合的理论有好几种，但是归根结底就是去解流固耦合动力学方程+声学方程这样的一个大方程组，如何去解这个方程组，衍生了很多方法。你如果是做这一方面的，应该去多看论文，然后来跟大家讨论，这样对大家也是一种帮助和学习。
我记得直接声振耦合是不需要结构模态的，直接就可以求解，就是直接解方程组了，你说的基于模态结构模态的，应该是基于模态叠加法吧（我不确认是不是，你check一下），如果是这样的话，所需要的模态数量是跟你关注的最高频率有关系的，一般至少取1.5倍的最高频率模态，保证模态截断误差。
希望楼主能尽早弄明白原理，跟大家分享，共同学习

mxlzhenzhu

1、需要多少阶？收敛了就行了，即假如40阶模态结果和50阶模态参与结果没啥区别，那就用40了，没必要用60阶了；

2、我手里比较好的就是阿伟版主上传的LMS手册了，还有那个Acoustic的理论书，再发一次
Acoustic_book.pdf (1.88 MB, 下载次数: 54)

2016-6-14 14:13 上传

点击文件名下载附件

Numerical_Acoustics.pdf (2.01 MB, 下载次数: 35)

2016-6-14 14:13 上传

点击文件名下载附件

高深的理论不懂，估计懂的人也不会上论坛的。


3、Vector Type和Function Type，存储方式不一样，从字面意思讲，Vector就是一个矩阵，而Function包含“更多输入输出信息”，两者互相转换，还得做多了才有更深理解。

mt917taylor

mxlzhenzhu 发表于 2014-6-13 21:38
1、需要多少阶？收敛了就行了，即假如40阶模态结果和50阶模态参与结果没啥区别，那就用40了，没必要用60阶 ...

收敛？不太清楚，声振耦合如何检验收敛，还望详细介绍一下。。你说40阶模态与50阶模态参与结果一致，这一点根本无法确定呀，一次计算就耗时6小时，这样计算伤不起呀。
还有有点疑问是：因为结构阶数的固有频率达不到所求频率的话，结构响应中峰值的位置与什么有关？不是跟结构固有频率有关，还有与谁有关呢？还望解答一下。
感谢资料的分享，对我而言很有用。还有资料好像重了，没有lms手册，只有acoustic book呀。

mt917taylor

song0404 发表于 2014-6-13 17:05
这是个有趣的问题，虽然我不做声振耦合。很多人只会用软件，最后连原理都没搞清楚，这样不太好。
耦合的理 ...

你说的直接声振耦合计算，对于复杂结构，组装完整矩阵基本不可能实现，计算量太大，无法完成。
你说的至少取1.5倍最高频模态，这一点我有两点矛盾的地方：第一是,比较同意，因为在声振耦合计算中，其中的峰值位置应该可以反映结构的固有频率吧，如果结构固有频率没有达到的话，谈何反映。。第二是，不太同意，因为我们知道结构的动力响应主要是由前几阶固有频率、振型决定的，参与因子比较大，若是高阶固有频率振型，参与量太小，计算没必要那么高阶模态。。
我自己也是不太懂，只是说明自己的想法，希望得到帮助。

mxlzhenzhu

mt917taylor 发表于 2014-6-13 22:37
收敛？不太清楚，声振耦合如何检验收敛，还望详细介绍一下。。你说40阶模态与50阶模态参与结果一致，这一 ...

链接修正了；你分析到1000Hz，模态就至少到2000Hz吧，这是一个准则，另外，你说的也是，有的结构就是低阶（前50阶）占主导，有定性结论了，就不必算太高；你说的模态参与的问题，这与激励力位置、方向有关，激励方向对了，那个振型就被激发了，参与就多了；所以，你还得看你的激励力频率有多宽。

mt917taylor

mxlzhenzhu 发表于 2014-6-13 22:59
链接修正了；你分析到1000Hz，模态就至少到2000Hz吧，这是一个准则，另外，你说的也是，有的结构就是低 ...

我说的意思不是我已知低阶占主导，只是在研究结构动力响应时，基本上都是结构的低阶占主导（比如算结构响应时有时只取前6阶或前10阶模态进行计算），是不是我的这种观点是错误的，还是还有其他状况，高阶模态占主导的，还望指导一下。
你说的模态参与的问题，我非常赞同，这是跟我说的“在研究结构动力响应时，基本上都是结构的低阶占主导”有点矛盾，我自己迷惑了，能解释一下吗，咱俩这两个说法？
还有就是激励频率的宽度，我的激励是高强混响噪声，频率20-10000Hz，那这样的话，不会让结构频率算到10000Hz吧!!!
麻烦再解释一下，virtual.LAB里面的声振耦合计算，结构的固有频率到底是由什么决定它的大小和阶数的？

lengxuef

模态频率要算到想要分析的结构响应频率的1.5倍以上，跟激励的频率没什么关系吧。要求解结构300H以内的响应，模态分析到600足够了，600以上的模态对与300以下的响应影响很小。

mxlzhenzhu

mt917taylor 发表于 2014-6-14 10:02
我说的意思不是我已知低阶占主导，只是在研究结构动力响应时，基本上都是结构的低阶占主导（比如算结构响 ...

低阶占主导是大多数情况，为啥？因为激励主要在低频；假如你的激励只作用在高频，那么低频参与就一定很低；

你的频率到10000Hz，要不要算到那么高，看你是否有必要研究那么宽啊，还有你认为有限元能算那么高么？激励频率域能量到底集中在哪个带宽啊？如果低频占了90%的能量，有必要搞那么高么？答案是明显的。

结构固有频率，有限个自由度决定频率的阶数，至于大小则不知道啊，与具体结构、材料、约束状态有关；固有频率是特征值求解得到的，固有的属性；你不用纠结有多高，会不会引发10000Hz的响应，当然你如果关心8000Hz以上的响应，一般情况有限元分析的意义的不存在了，理由是一般你的结构模态很密集了，连普通特征值求解得到的频率都是近似的，振型也是近似的，没有确定的结果。

mt917taylor

mxlzhenzhu 发表于 2014-6-14 12:51
低阶占主导是大多数情况，为啥？因为激励主要在低频；假如你的激励只作用在高频，那么低频参与就一定很低 ...

只是我的激励是随机噪声激励，频率范围是20-10000Hz（按照军标谱来施加的，能量在中高频基本是水平线），只是激励的时候频率加到这麽高，我这里采用结构有限元与声学边界元的声振耦合计算到1500Hz，激励频率已经很高，意思是不是高阶的结构模态激励出来，需要求解答到比较高的阶数？
对于高频率的响应，肯定不能用有限元跟边界元，模态密度太大，提取已经很不准确了，还有边界条件对于高频响应也是相当的敏感，计算量完全超出计算机计算的水平，基于这几点高频的响应肯定不会借助有限元来解决的，我这里高频采用的统计能量的算法。我再这里只是问宽频激励，用virtual。lab求解中低频响应？

mt917taylor

lengxuef 发表于 2014-6-14 12:40
模态频率要算到想要分析的结构响应频率的1.5倍以上，跟激励的频率没什么关系吧。要求解结构300H以内的响应 ...

非常感谢您的回答。确定了两点：结构的模态阶数要算到分析频率的1.5倍以上；激励频率范围与模态选取的阶数无关。
提出三个疑惑：
1.在这种噪声载荷作为激励的声振耦合分析中，结构表面（位移、速度、加速度）的自谱或者psd的峰值该如何解释呢？出现在结构的固有频率处？还是有其它的解释呢？
2.在直接声学有限元与结构有限元的声振耦合计算中，声学模态与结构的模态又如何决定呢，结构的模态还是取到分析频率的1.5倍以上，那声学模态呢，也是分析频率的1.5倍以上吗？
3.对于mxlzhenzhu主任说的高的激励频率激发高的结构模态，那我的激励达到10000Hz，是不是结构的振动回受高频模态影响较大呢？

lengxuef

1峰值的出现可能是激励的峰值也可能是激发了某个模态，2、直接法不要求求模态，3、mxlzhenzhu版主也说了，高频激励会激发高频模态，但是如果关心的是低频的响应，影响不大。

mt917taylor

lengxuef 发表于 2014-6-14 22:20
1峰值的出现可能是激励的峰值也可能是激发了某个模态，2、直接法不要求求模态，3、mxlzhenzhu版主也说了， ...

估计我的第二问题表述有误，是基于模态的有限元声振耦合计算。我不用直接法，求整体矩阵计算量太大。

lengxuef

对的，VL中也可以不事先求解声学的模态。楼主可以弄一个小的算例比较一下分别提取1.5倍和更多倍的模态时，对基于模态的声振耦合响应结果有多大的差别，这样再算你的模型，心里有数一点。

song0404

mt917taylor 发表于 2014-6-13 22:51
你说的直接声振耦合计算，对于复杂结构，组装完整矩阵基本不可能实现，计算量太大，无法完成。
你说的至 ...

“结构的动力响应主要是由前几阶固有频率、振型决定的”，请问这句话是谁告诉你的？
这肯定是不对的，要看你考虑的是什么参数。因为我没有做过耦合，我不确定他怎么计算的，但是就结构振动响应而言，结构的响应肯定不是由几阶模态决定的。
举个简单的例子，对于一根简支梁，位移基本上是由前几阶模态决定的；但是如果是加速度，肯定是要考虑高阶频率了。我所有的动力计算都是基于模态叠加法，所以我可以肯定的说，你说的这句话是不准确的。抛开耦合不说，如果是你先计算振动，然后计算辐射噪声，那么首先要保证结构振动计算的准确性，所以1.5倍这个说法还是比较准确的，甚至很多时候为了准确性，要更多的模态。