聲學領域常用的數值模擬方法有哪些？

聲學領域中基於物理原理的數學模型：

• 有限元(FEA )
• 邊界元(BEA )
• 聲線法(RAYBEAM TRACIN G)
• 統計能量分析(SEA )
• 雜交方法 Hybrid Method

1. 有限元法和邊界元法

• 基於波動方程
• 適用於中低頻段
• 模態密度小

2. 統計能量法和聲線聲錐法

• 統計能量法基於能量流法
• 聲線聲錐法基於幾何聲學v適用於中高頻段
• 模態密度大

聲學模擬軟體：

1. 基於有限元法的聲學軟體

• 有限元模型是將求解區域劃分為有限個單元網格, 用有限的網格去逼近連續的媒質
• 有限元方法適用於室內雜訊分析。
• 可以運用有限元模擬各種聲學介質，譬如流體、穿孔板等。計算固有頻率，聲模態，計算在頻域、時域上的空腔的聲模態和聲振耦合響應，並且考慮流體效應。

相關的常用聲學軟體:

• LMS.Virtual.Lab結構有限元，聲學有限元及其耦合
• ANSYS 聲學模塊 Fluid 系列聲學單元
• MSC.Actran 有限元方法和無限元方法
• VA ONE.Rayon有限元方法

2. 基於邊界元法的聲學軟體

• 邊界元模型是一種將區域型問題轉化為邊界型問題的方法
• 邊界元一般先將區域表面分割為多個單元, 然後求出各個單元的聲壓值和聲壓的法嚮導數值
• 根據求解區域的不同, 邊界元模型分為直接邊界元(DBEA )、間接邊界元( IBEA ) 和瑞利法三種
• 直接邊界元法只適用於求解具有封閉曲面的內部和外部問題
• 方程中的未知函數就是所求物理量在邊界上的值
• 間接邊界元法具有廣泛的適用範圍, 可用於開口、閉口或相交的表面, 對於封閉的表面, 該方法可同時解決內部和外部的問題
• 瑞利法是利用無限大障板上的活塞聲輻射模型, 該模型的物理意義最為直觀, 它先將輻射體表面離散, 每個單元被看成聲輻射活塞, 設法得到每個單元的振動速度, 並求出此活塞在聲場中任意一點產生的聲壓, 最後求出各個單元的在這一點的聲壓總和

相關的常用聲學軟體:

• LMS.Virtual.Lab---DBEM、IBEM
• VNoise---DBEM、IBEM、Coupled acoustic
• ESI.VA ONE.Rayon---BEM

3. 基於統計能量分析的聲學軟體

• 統計能量分析方法是從能量的角度來分析複雜結構在外載荷作用下的響應
• 可以成功預測耦合結構元件和聲學容積的雜訊和振級, 也能很好地解決聲場與結構間的耦合問題
• 對於受高頻、寬頻帶隨機激勵的複雜結構動力響應及其雜訊輻射問題, 用統計能量法更為有效

相關的常用聲學軟體:

• ESI.AUTOSEA
• ESI.VA ONE
• Cambridge Collaborative SEAM

4. 基於聲線和聲錐模型的聲學軟體

• 聲線法是基於幾何聲學的方法 , 當聲波的頻率較高, 即聲波的波長小於房間中的反射面時, 可以用幾何光學中反射面的概念把聲的傳播看成是沿聲線傳播的聲能, 此過程中忽略聲的波動性能
• 聲線模型的使用條件是反射面尺寸遠大於聲波的波長, 而同時反射面的粗糙度遠小于波長
• 幾何聲學使用聲線或聲錐跟蹤的方法計算聲的傳播過程, 可用於封閉、半封閉或完全開放的空間
• 此方法假設空間每個具有確定功率的聲源可向各個方向或具有一定指向性地向外輻射聲音
• 聲源之間可以相關也可以不相關
• 從每個聲源發出的聲線或聲錐在每個接觸的壁面上發生鏡面反射, 其損失的聲能量由每個表面的吸聲特性決定
• 通過每個聲接收點的聲接收情況, 可以求出該點處隨頻率變化的穩態聲壓級

相關的常用聲學軟體:

• LMS.RAYNOISE

其他方法

• 能量有限元法，Energy Finite Element Method
• 能量邊界元法，Energy Boundary Element Method
• 雜交方法，Hybrid Method (FEA+SEA)

海基研發埠經驗分享！

+V信：wl920508

每日技術閱讀，免費視頻分享。

我補充一下，還有偉大的FDTD（finite difference time domain時域有限差分），這個不能忘啊！

另外，我知道的還有PSTD（時域偽譜法）