Akustische Simulation

Akustische Simulationen erfordern spezielle Fähigkeiten, die über die standardmäßigen Finite-Elemente-Modellierungsfunktionen (FE) hinausgehen. Oft müssen Sie Dinge wie das Luftvolumen und den Bereich modellieren, in dem Sie den Schalldruck messen wollen. Simcenter bietet die erweiterten Funktionen, die Sie benötigen, beispielsweise Oberflächenumhüllung, konvexe Vernetzung, Netzverdickung und die Möglichkeit, hybride Netze (Hexa-Tetra) zu erstellen, mit denen Sie akustische Vernetzungsprozesse stärker beschleunigen können als herkömmliche Präprozessoren. Die Verfügbarkeit verschiedener Materialmodelle sowohl für Struktur als auch für Fluid sowie die große Vielfalt an strukturellen und akustischen Randbedingungen und Belastungen ermöglichen es Ihnen, Analysen effizient aufzusetzen.

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Akustikanalyse eignet sich hervorragend zur Simulation innenraumakustischer Probleme. Die FEM ist nicht nur die effizientere Methode in Bezug auf die Lösungsgeschwindigkeit, sie ermöglicht auch die Durchführung gekoppelter vibroakustischer Analysen, die strukturelle Moden und schalldämmende Materialien berücksichtigen. Die FEM-Akustik kann auch zur Lösung von Problemen der Außenakustik eingesetzt werden, beispielsweise zur Analyse der Geräuschabstrahlung von Antriebsstrangkomponenten wie Luftansaugsystemen, Getrieben oder vollelektrischen Antriebseinheiten.

Die Boundary-Element-Methode (BEM) wird oft bei Akustikproblemen im Außenbereich eingesetzt und ist ideal bei Problemen mit sehr komplexer Geometrie, die eine Herausforderung bei der Modellierung für die FEM-Methode darstellen kann. Das BEM-Verfahren vereinfacht die Simulation der Außenakustik, da nur das äußere Flächennetz der Geometrie benötigt wird. Dies vereinfacht sowohl den Modellierungsprozess und reduziert die Freiheitsgrade im Simulationsmodell, was zu einer vereinfachten Analyse führt.

Strömungsinduzierter aeroakustischer Lärm ist ein wesentlicher Bestandteil der akustischen Signatur eines Fahrzeugs und anderer Produkte. Die Vorhersage und das Verständnis der Mechanismen der Geräuscherzeugung, die Lokalisierung von Schallquellen, die Identifizierung von Übertragungswegen und die Vorhersage der akustischen Reaktion des Systems sind der Schlüssel zu einem guten akustischen Design. Mit Simcenter erhalten Sie ein umfassendes Verständnis der Geräuschprognosen und können so effektive Gegenmaßnahmen ergreifen. Dies stellt sicher, dass Ihre Produkte eine optimale Klangqualität und einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt behalten.

Anwendungsbeispiele sind: Lärm von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) und Umweltsteuerungssystemen (ECS), Zugdrehgestelle und Stromabnehmer, Kühlgebläse, Schiffs- und Flugzeugpropeller und vieles mehr.

Generieren Sie aeroakustische Quellen in der Nähe geräuschemittierender turbulenter Strömungen, wie sie mit einer CFD-Lösung berechnet werden, und ermitteln Sie deren akustische Reaktion in der Außen- oder Innenumgebung. Bei aerovibroakustischen Anwendungen werden die Strömungsturbulenzen möglicherweise sowohl aerodynamisch als auch aeroakustisch auf eine Struktur ausgeübt, die mit Schwingungen reagiert. Diese Schwingungen bewirken, dass akustische Wellen in die Umgebungsluft abgestrahlt werden. So können Sie beispielsweise Kabinengeräusche in Autos und Flugzeugen aufgrund von Windkräften vorhersagen, die auf die Fenster und die Karosserie des Fahrzeugs einwirken. Die Druckbelastungen zu Beginn dieser Analysen können aus CFD-Lösungen oder aus einer Reihe sogenannter turbulenter Grenzschichtmodelle stammen, die in der Software enthalten sind.

When the acoustics problems you need to solve involve very large geometries or very high frequencies, then FEM and BEM solutions become too expensive to solve.

Ray Acoustics is used to predict acoustic responses up to very high frequencies and for very large geometries, in both enclosed and unbounded domains. Unlike FEM or BEM acoustic solvers, ray acoustics exploits the fact that at high Helmholtz numbers, sound propagation can be simulated by ray tracing (a technique also used to simulate high frequency electromagnetics and lighting). Therefore it only requires the mesh to correctly represent the topology of the product and not a fine discretization of the domain. As a result, the solution is not bounded by an upper frequency limit or the model size and solving is done orders of magnitude faster as compared to FEM or BEM solutions.

How can you tell what your product really sounds like by looking at charts and graphs from your simulation? You can't. But Simcenter gives you the ability to listen to your product before you build it.

Acoustics auralization immerses you into a virtual acoustic environment where you can
evaluate the acoustic performance of your designs by listening to simulation results rather than only looking at plots and curves. You can create listening scenarios based on simulated or externally recorded sources and simulated transfer functions obtained from either FEM, BEM or ray acoustics solutions. With acoustics auralization, you can visualize the resulting time data, listen to the scenario and make changes to the individual tracks to improve the sound quality of your product. You can additionally quantitatively evaluate the sound quality based on dedicated loudness and sharpness metrics.