CADmaster

Actran — программный комплекс для моделирования возникновения, распространения и поглощения звука в акустических средах (воздух, вода и др.), включающий в себя модули для решения задач акустики и виброакустики в частотной и временной областях.

Основные области применения Actran — моделирование внутренних и внешних акустических полей различных транспортных систем:

• моделирование звуковых полей в подкапотном пространстве автомобиля и проникновения шума в салон;
• моделирование распространения шума по выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания и далее в окружающее пространство;
• анализ шума в салоне самолета;
• исследование и подбор характеристик и конструкции звукопоглощающих устройств и покрытий в салонах транспортных средств;
• и т.д.

Решение акустических и виброакустических задач позволяет определять акустические поля при работе различных технических устройств. В основе Actran лежат методы анализа акустики как на замкнутых объемах (полостях), так и в открытом пространстве с учетом условий неотражения звука от границ расчетной области.

Представленные в Actran материалы позволяют моделировать:

• акустические среды (газы, жидкости) с учетом затухания и вязко-термических потерь в тонких слоях;
• упругие конструкционные материалы с учетом демпфирования;
• гиперупругие материалы в линеаризованной постановке;
• слоистые композиционные материалы;
• звукопоглощающие материалы в постановках с абсолютно жестким «скелетом», с абсолютно податливым «скелетом» и в общей постановке по теории Biot.

В Actran реализован подход к комплексному анализу шума шин на основе нелинейного динамического анализа качения шины, который можно проводить в системе Marc с последующим анализом генерации распространения шума в Actran.

Распространение шума шины (по материалам компании Renault)

Во многих случаях возникновение шума обусловлено явлением турбулентности в потоке газа (воздуха). Общеизвестные примеры этого — шум газотурбинных и ракетных двигателей, шум от обтекания воздухом транспортных средств, шум при работе систем вентиляции и кондиционирования.

Распространение шума от обтекания воздуха зеркала заднего вида

Гибридный подход к анализу аэроакустики, принятый в Actran, включает в себя два этапа. На первом этапе решается задача гидрогазовой динамики на дозвуковых скоростях в Cradle CFD, а на втором производится анализ генерации и распространения шума в акустической среде с помощью системы Actran: осуществляются расчет источников аэроакустического шума, перенос их на акустическую расчетную модель и анализ распространения шума с возможностью учета неоднородного поля средней скорости течения среды. Для расчета источников аэроакустического шума предназначен модуль Actran Aeroacoustics, основанный на так называемых акустических аналогиях. Аналогия Лайтхилла предполагает расчеты шума на скоростях Маха до примерно 0,2; аналогия Мёринга — до примерно 0,8 Маха.

Распространение шума при работе системы вентиляции

Применение гибридного метода (расчет гидрогазодинамики с последующим расчетом акустики) позволяет устранить проблемы диссипативности численных схем расчета гидрогазодинамики, обеспечить корректные акустические граничные условия (неотражение от границ ближнего поля и др.), снизить потребности в вычислительных ресурсах при анализе гидрогазодинамики и свести к относительно невысокому уровню вычислительные затраты на собственно анализ акустики.

Actran позволяет использовать результаты расчета гидрогазодинамики, получаемые во вращающейся системе координат (например, связанной с вентилятором или гребным винтом), также для сектора пространства. В этом случае программный комплекс автоматически интерполирует результаты на стационарную акустическую сетку, производит копирование секторов и получает результаты во всем требуемом объеме среды. На следующем шаге эти результаты переводятся в частотную область, а затем производится расчет частотного отклика.

Анализ акустики турбомашин является сложной, но актуальной задачей. Проблемно-ориентированные модули Actran позволяют с высокой точностью моделировать шум воздухозаборников и проточных частей турбомашин (модуль Actran TM), а также шум выходных устройств (сопла) с помощью метода Б.Г. Галеркина с использованием неструктурной p-адаптивной конечно-элементной сетки (Actran DGM).

Высокая вычислительная эффективность счета в Actran обусловлена применением современных матричных решателей — MUMPS и PARDISO, а также высокой степенью оптимизации математического аппарата, алгоритмов и программного кода.

Важной особенностью Actran является его тесная интеграция с MSC Nastran, которая позволяет эффективно использовать сильные стороны каждого из продуктов: анализ колебаний конструкции проводится с применением MSC Nastran (точность и скорость выполнения такого расчета общепризнаны), а моделирование распространения звука в среде — с помощью Actran. Реализована интеграция Actran и с другими распространенными системами структурного анализа и анализа гидрогазодинамики. Кроме того, с помощью дополнительных модулей Actran интегрирован с системой Adams.