用有限元和边界元进行噪声分析

物体受到激励后，必将会产生振动，由物体的振动而引起与之相接触的流体的振动（如空气），从而在流体中产生噪声。对流体的噪声分析可以在频率域内或者时间域内进行，可以采用流体与结构耦合的形式进行分析，也可以只采用流体的形式进行计算分析，可以计算内声场也可以计算外声场，例如对于汽车而言，可以计算内声场，也可以计算外声场。在低频范围内采用边界元或者有限元的方法，在高频内采用统计能量的方法，计算结果包括声场中任意一点处的声学响应，如声压、声强、声功率，还可以是某点处的响应函数，如声压函数、模态贡献量函数，还可以进行一些特殊的分析，如声学传递矢量分析、面板贡献量分析和灵敏性分析，以及高频域内的统计能量分析。

如图所示是某轿车的排气系统的有限元声学模型，图所示是该排气系统中消声器的声学模型。

排气系统的声学模型
消声器的声学模型

（1）声学模态分析

声学模态类似于结构模态，声波在流体团中传播时，会引发流体的振荡，流体的振荡也是有一定的固有频率和振动样式（振型），通过声学模态计算可以计算出流体的声学共振频率，防止流体和流体周围的结构产生共振而引发共鸣。
图所示是排气系统的声学模态云纹图。

排气系统的声学模型
排气系统的声学模型

图所示是消声器的声学模态

消声器的声学模态
消声器的声学模态
消声器的声学模态

（2）声学响应分析

在已知载荷激励的情况下，可以计算模型中任意位置的声学响应，如声压、声强和声功率等数据，为进一步分析提高必要的数据依据。声学响应可以在物理空间中计算，也可以在模态空间中计算，可以计算各阶声学模态对噪声的贡献量等。
图所示是排气系统入口处的声压级（dB）曲线，图所示是排气系统出口处的声压级（dB）曲线。

入口处的声压级（dB）
出口处的声压级（dB）

排气系统入口的声强如图所示，出口处的声强如图所示。

入口处的声强（dB）
出口处的声强（dB）

如图所示是排气系统前7阶声学模态在声学响应中的参与贡献量。

前7阶声学模态在声学响应中的参与贡献量

（3）发动机的边界元声学响应分析

对于模型外声场的声学响应，可以采用流体-结构耦合的方式，利用边界元技术计算外声场的各种响应。如图所示是某型发动的声学模型，用该模型计算发动机的外声场声学响应。

发动机边界元模型

如图所示是发动机外声场的在某频率上的声压响应云纹图。

发动机外声场声压响应云纹图

图所示是发动机外声场分别在X方向Y方向和Z方向上的声强云纹图。图所示法线方向上的云纹图。

发动机外声场在X方向上的声强云纹图
发动机外声场在Y方向上的声强云纹图
发动机外声场在Z方向上的声强云纹图
发动机外声场在局部法线方向上的声强云纹图

发动机外声场的声学传递矢量(ATV, Acoustic Transfer Vector)

发动机ATV云纹图