Virtual.Lab声学边界元(BEM)与声学有限元(FEM-AML)计算结果对比

superxjw

　　论坛里的number5wei最近做了个对比计算，就是使用一个简单的模型，进行基于结构模态的声振耦合计算，分别使用声学边界元方法(BEM)与声学有限元方法(FEM-AML)计算，然后查看两种方法计算得到的板块振动位移幅值与场点声压级有何不同。针对number5wei的问题，我给大家做了一个对比算例，可以看出两种方法计算出的结果是高度一致的!有兴趣的朋友可以下载看一下，也对各种方法的灵活使用有帮助。另外，我个人感觉LMS Virtual.Lab有一个最大的好处，就是使用结构树，大家完全可以根据结构树，重现操作步骤。
　　计算模型示意图：


　　2000Hz时结构振动位移幅值云图对比：


　　2000Hz时场点声压级对比：



　　文档下载地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=437916&uk=1560578551

number5wei

主任，我看了你的结果，确实是高度一致的。但是我做出的结果依然不理想，我猜想是因为再用fem——aml方法时，把空气层建得太厚了，你的算例中，空气层是很薄的。所以我也试着做薄，但是，在用六面体做空气网格时，在进行mesh maping这一步就会报错。用四面体就不会报错。报错是因为跟单元的形状有关系吗？

另外用FEM_aml进行声振计算时，振动物体外头所包裹的空气介质应该不能过大吧？

superxjw

number5wei 发表于 2013-1-10 17:46

                               
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主任，我看了你的结果，确实是高度一致的。但是我做出的结果依然不理想，我猜想是因为再用fem——aml方法时 ...

和厚薄没有太大关系的，声学有限元层的厚度，真和计算结果没有太大关系。这个我在原来做圆柱翼型扰流气动噪声分析时就证明过了。你何必折腾自己呢？没必要六面体啊。声学计算里面，六面体和四面体的计算精度也是高度一致的。这个我也早都做过了，美国肯塔基大学的Herrin教授来讲课的时候这个也说得很清楚的。
还有，你说的“振动物体外头所包裹的空气介质应该不能过大”？什么意思？

number5wei

superxjw 发表于 2013-1-10 18:30

                               
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和厚薄没有太大关系的，声学有限元层的厚度，真和计算结果没有太大关系。这个我在原来做圆柱翼型扰流气 ...

"振动物体外头所包裹的空气介质的大小"指的就是声学有限元层的厚度，不好意思，我表述不清~

在这个算例中，你所选用的振动物体是一个四个角被约束的矩形板，不知道单独一边固定，其余三边固定的悬臂薄板的情况主任是否算过？

superxjw

number5wei 发表于 2013-1-10 23:48

                               
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"振动物体外头所包裹的空气介质的大小"指的就是声学有限元层的厚度，不好意思，我表述不清~

在这个算例 ...

没有算过，但是流程是一样的么。只是，你约束过多，系统整体刚度过高的话，一阶模态都会非常高，则可能出现较大误差。

number5wei

superxjw 发表于 2013-1-10 23:52

                               
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没有算过，但是流程是一样的么。只是，你约束过多，系统整体刚度过高的话，一阶模态都会非常高，则可能 ...

主任，非常感谢你对我所提出这个问题的详尽解答。总是耽误你宝贵的时间，真是非常抱歉。请允许我向你的敬业精神致敬！

这些天也挺忙的，今天才又有专门的时间重新计算这个例子。在重新计算声振耦合的过程中，我似乎发现了我的问题所。就是在进行mesh mapping这一步当中，双击mapping data进行进行参数设置时，更改“number of influencing nodes”和“maximum distance”这两个参数，对最终计算的振动位移结果的影响很大。所以我认为我的错误很有可能出在这两个参数没设对。

我之前一直在忽略这个问题，我想请问主任，"Algorithm"、“number of influencing nodes”和“maximum distance”这三个设置的含义是什么？应该怎样正确设置呢？

superxjw

Node Number：这种算法表明，两个几何与网格完全对应，无插值关系。
Maximum Distance：两网格之间有同样的几何形状，但是网格节点和单元密度不同。
Element Maximum Distance：两网格的几何形状不同，而且网格节点和单元密度也不同。
至于节点数和距离，你找李增刚那本书上，讲得有的，很详细。

number5wei

superxjw 发表于 2013-1-14 21:10

                               
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Node Number：这种算法表明，两个几何与网格完全对应，无插值关系。
Maximum Distance：两网格之间有同样的 ...

主任：我基本按照你算例中的步骤，求解一边固定，三边自由的悬臂铝板在点声源激励下的振动位移问题，但是问题依然存在，即FEM-AML法和BEM法的结果不一。当声源在板的正面时，结果比较符合；但声源在侧面时，结果就相差很大。
我一开始认为时网格质量不好，于是按照你教学视频中的方法，直接在virtual.lab中通过skin mesher在结构表面弄出面网格，再建立声学有限元网格，但是求解出的结果依然不一。
接着我发现你的算例中是四角固定的板，于是我也用ansys算了一个四角固定的板的振动模态，然后在virtual.lab中算声振，发现上述问题依然存在，依然是声源在侧面时两种方法结果完全不符。
我把各种能考虑到的因素到考虑进去了，但依然不能突破这个问题。但是你的算例的两种方法，无论是正面声源，还是侧面声源，结果均高度一致，我真心败了……

superxjw

number5wei 发表于 2013-1-16 22:39

                               
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主任：我基本按照你算例中的步骤，求解一边固定，三边自由的悬臂铝板在点声源激励下的振动位移问题，但是 ...

呵呵，没有什么败的，学习么，就是不停折腾。
主要我不在北京，要不然给你现场说一下。我个人感觉，你可能是建模方面的原因，如果你不着急，等月底吧，等我写完论文了我录制一个视频课程，专门做这两种方法的对比，作为一个视频课程吧，到时候你就可以看到每一步的操作了，这样你就能对比，行不行？

number5wei

superxjw 发表于 2013-1-17 09:31

                               
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呵呵，没有什么败的，学习么，就是不停折腾。
主要我不在北京，要不然给你现场说一下。我个人感觉，你可 ...

     真心谢谢主任了~我现在真的是黔驴技穷了，周围也没有会virtual.lab的人可以问的。偶然知道了这个论坛，又看到主任你这么热心，就天天往这儿跑啊！这里对我这个门外汉的帮助确实非常大，再一次表示感谢！
   这个问题看似是挺简单的，可是我把它做出来容易；但是要想把它做对，已经快1个月了，依然没能成功。这个案例来自我做的一个简单的实验，虎钳上夹了一块2mm厚的矩形铝板，铝板侧面一段距离外放了一个声源，去激励这个铝板。现在受条件的限制，我没有办法测出铝板的振动位移。所以我想通过virtual.lab来看一下仿真结果。
   我知道，在没有实验数据的情况下，仿真结果的对错判定是存疑的。但是如果用有限元和边界元两种方法算出两种不同的结果，那毫无疑问，我做的仿真结果是一定不可信的，自己都无法说服自己！
   最后还是非常感谢主任了，如果在同一个地方我可能真的就抱着电脑去请教你去了，哈哈~学业顺利！

number5wei

主任，板的薄厚是否会影响两种方法的计算结果？如果板太薄，比如我用的是2mm厚的板，是否因为过薄而算不准？
再有，约束方式是否也会导致偏差？比如我要算这种悬臂结构，是将整个一个面进行了位移的约束。是否应该只约束一个面的四条边呢？

superxjw

number5wei 发表于 2013-2-26 09:40

                               
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主任，板的薄厚是否会影响两种方法的计算结果？如果板太薄，比如我用的是2mm厚的板，是否因为过薄而算不准？ ...

约束要看你的实际情况啊，如果你说的典型悬臂结构的话，一般是将那个面全部约束的，但是这个真得看你实际情况的。
太薄算不住？？？不会的啊。如果你薄壁件，你用壳单元去表达就可以了，算得比较快的。你要用体单元去表达也可以，只是网格要划分小一些了。你可以对比一下的，没有太大差异。

number5wei

也就是说理论上，FEM-AML和BEM对单面约束的薄壁结构进行声振耦合计算，振动位移算出来应该是差不多的？

superxjw

number5wei 发表于 2013-2-26 10:46

                               
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也就是说理论上，FEM-AML和BEM对单面约束的薄壁结构进行声振耦合计算，振动位移算出来应该是差不多的？

当然啊，本帖主题不就是BEM与FEM-AML对比么？一样的么，只是你结构网格是壳单元表达就行了。

number5wei

如果结构单元是体网格，单元尺寸划分得不够小，用这两种方法计算会造成相差一个数量级的误差？