1聲學軟件Actran簡介

Actran是由比利時FFT公司開發的一款通用聲學仿真計算軟件，被應用于各個行業進行聲學性能的仿真計算和評估。在2011年，美國MSC Software將FFT公司收購，但依然保留FFT公司對Actran軟件的獨立開發、維護及服務。隨著公司各產品技術的逐漸融合，MSC在振動噪聲、機械運動噪聲、氣動噪聲、沖擊碰撞噪聲、結構大變形過程中的噪聲問題等方面，開發出更成熟的依賴于Actran的仿真方案。

Actran是最早的聲學有限元方法的商業化程序，而如今，這種有限元方法已經被廣泛應用于各行業聲學的仿真模擬中。基于Actran高效率的聲學求解器，聲學有限元方法已經向更高頻、更大規模的聲學問題發起挑戰。其獨創的間斷伽遼金方法也已經在超高頻、大空間、強對流場的聲學問題上得到了持續性的驗證和擴展應用。先進的求解方法和高效率的求解器使得Actran軟件能夠模擬的聲學問題更加全面。

2電機噪聲問題概述

隨著世界經濟的發展和人民生活水平的提高，電機的用量與日俱增，而電機噪聲也成為越來越無法回避的問題。電機的振動噪聲涉及了電磁的能量轉換、機械振動、振動輻射聲波等許多學科，這也為電機的噪聲控制帶來很大的困難。

電機噪聲可以分為三種類型：

（1）電磁噪

       交替變化的電磁場引起某些機械結構或者空腔的振動產生電磁噪聲。一般情況下，電機氣隙中存在各種階次、各種頻率的旋轉徑向電磁力。徑向力使得轉子鐵芯、定子鐵心以及機座產生隨時間周期性變化的振動。因此，電磁力的頻率特性決定了振動的大小及頻率特性。由于轉子鐵心剛度很大，所產生的振動量很小，所以定子鐵心和機座的振動是產生電磁噪聲的主要因素。

其中涉及到電磁場分析軟件、振動聲學分析軟件、CAD軟件等。Actran作為振動聲學分析軟件，可以直接讀取Jmeg等電磁分析軟件輸出的unv格式的電磁力，并采用位置映射的方式，將電磁力加載到振動分析模型中。對于unv數據格式的支持使Actran能夠讀取眾多電磁軟件的輸出文件。該解決方案可以實現電磁直接到聲學的完整仿真計算過程。

4.2. 電機電磁噪聲案例

本文以某轉速為1800轉/分，4極24插槽電機噪為例，對其電磁振動噪聲問題的預測進行說明。

該題目中，電磁仿真采用Magnet軟件進行計算；結構動力學分析采用Patran建模，MSC. Nastran計算；聲學分析采用Actran。為了讓整個仿真流程能夠實現自動的數據傳遞，并且克服Nastran等結構動力學軟件無法讀取Magnet電磁力文件的不便，此題目采用FSIMapper軟件進行數據的轉換，并將時域電磁力轉換成頻域電磁力。仿真流程如下：

此電機在電磁仿真建模時可以簡化成1/4周期性模型，減少計算量。采用180個時間步進行3維的瞬態分析，并輸出面力密度（SFD~B2）

采用Patran建立結構振動Nastran有限元分析模型。采用Nastran進行模態求解，得到其模態振型。

FSIMapper可以將1/4周期模型的結果映射到全周期的Nastran結構節點上，并且將時域的面力密度轉化成頻域的面力密度，輸出成Nastran的載荷bdf文件，可以直接被Nastran計算調用進行振動響應求解。

Actran可以直接讀取Nastran、Ansys及Abaqus軟件計算的振動響應文件。在此算例中，Nastran計算得到的殼體振動位移響應op2結果文件直接作為Actran中聲輻射計算的邊界條件（BC Mesh），利用有限元和無限元方法進行輻射噪聲的仿真計算。在Actran中進行輻射噪聲計算有兩種方式：弱耦合和強耦合。對于電機在空氣中的輻射噪聲問題，可以采用弱耦合方式來求解，即可以將振動聲輻射的過程解耦成振動和輻射噪聲，進行分步計算。

Actran本身具有結構模態、振動響應求解功能。如果在強耦合的方式下，也可以采用Actran的振動求解功能，直接在Actran中進行聲振耦合求解。

利用Actran的field mesh功能，可以得到電機附近以及遠處任意位置的噪聲預測結果，也可以進行聲場云圖的輸出。下圖即為Actran的聲學分析模型，借此可以進行電機在自由聲場中的聲學響應。

計算結果云圖可以在Actran VI中顯示。Actran pltviewer可以直接查看頻響函數曲線、聲學指向性曲線，并進行倍頻程轉換、總聲壓級求解和一些聲學主觀評價量的計算。

來源：MSC軟件