【原创】我的声学CAE仿真软件使用历程（有限元软件使用心路历程续）

sunhaolan

上个帖子和大家交流了自己在有限元（FEM）软件方面的心路历程，貌似感兴趣的人不多，也许这里搞工科的人还真不大多。再发一贴，抛砖引玉，希望搞工科的朋友都能出来亮亮相。

上次在帖子中提到自己在使用ansys的时候发现对于声学问题的解决很有局限性，其实这并不只是对于ansys而言，而是对于所有有限元软件而言。问题在于声学分析要求在声波的1/4波长之内至少有一个网格，才能得到正确的分析结果。所以这对于中高频的声学问题，网格的密集程度可想而知，这会对计算机的要求很高，记得读研的时候曾经用系里最好的工作站计算一个单频500Hz的几米的三维声学模型，居然用了大半天的时间，就别说设定从20Hz往上走频率步长的谐响应分析了。所以一般来说有限元软件基本上只用于小几何尺寸结构的低频声学问题的分析，无论是哪个公司的有限元软件。
很可惜在那个时候，其他类型的声学CAE软件还在国内没有什么名头。直到快毕业的时候，才在国外的一个工程论坛上看到sysnoise和autosea这两个专业的声学CAE软件，课题中关于中高频的处理实际上用的就是AutoSEA，只是鉴于版权问题，没有在论文中提及。

LMS公司的sysnoise软件是首家将边界元（BEM）应用到声学领域的商业软件，貌似第一个D版就已经是5.5版本了。这里感谢aoxue的cougar兄，当时提供的sysnoise北美培训教材以及相关的软件SP。一般来说用sysnoise基本上都是：通过结构的FEM得到结构表面的边界条件（振速、模态向量等），然后作为声场边界元的载荷输入条件，再用BEM计算辐射声场。也就是所谓的间接边界元（Indirect BEM）方法。边界元的方法实际上也存在对高频信号处理能力的问题，基本上也只能做到500-1kHz左右。sysnoise目前已经整合到LMS公司的整体CAE仿真解决方案--Virtual.Lab产品中了。有限元，边界元的商业声学分析软件中，除了sysnoise之外，还有一家意大利公司的产品---VNoise（http://www.sts-soft.com/VNoise.aspx），号称计算方法有优化处理，计算速度非常快，我们曾经代理过这个产品，同样模型与sysnoise比较过，确实速度比较快，而且软件很小，但没有认真测试过其对大模型分析处理的可靠性。

对于中高频的声学问题，目前来说比较好的解决方法只有一种，也就是统计能量法（SEA, Statistical Energy Analysis）。原理是从能量守恒的角度去进行分析，将整个模型分为若干个子系统，考虑到各个子系统内部的能量损耗因素，以及子系统之间耦合的能量损耗因素，形成一组能量守恒方程，来求解各个子系统的能量分布情况，而声能量的表征也就是要求解的声学响应。但是统计能量法也有其缺点：无法对结构或声场的细节进行分析，因为它是基于能量及统计学的方法进行的，如果子空间太小，模态密度不够高，就符合不了统计方法的假设，结果也就不可信了。但是后来ESI公司推出了AutoSEA的新版本VA One，号称可以将FEM和SEA结合其来，但貌似到现在也没有D版玩，不大了解效果如何。除了ESI公司的AutoSEA（VA One）之外，另外还有一个比较知名的SEA软件--SEAM（http://www.seam.com/），仅有耳闻。
近些年来做CAE仿真比较少了，但是对行业的发展依然较为关注。弄不好哪天可能还要再转回去。

racky

我是学工科的，经常用ansys进行疲劳强度的计算，还有应力计算等，对于柔性结构更体现出其优越性。

burning

to1楼：ansys做疲劳好像不是最好的选择吧，很多他自身附带的功能从简单实用的角度做的。

to楼主：您都说了您是声学cae研究很早的人了，可见专业足够的专了，说实在是不太明白，如果从实用角度简单的讲讲，让大家了解，做个普及也很好啊。

sunhaolan

引用第2楼burning于2008-07-10 08:41发表的 :
to1楼：ansys做疲劳好像不是最好的选择吧，很多他自身附带的功能从简单实用的角度做的。

to楼主：您都说了您是声学cae研究很早的人了，可见专业足够的专了，说实在是不太明白，如果从实用角度简单的讲讲，让大家了解，做个普及也很好啊。

burning兄感兴趣，我就随便扯扯，如果有说的不到之处，也就贻笑大方了。
声学这个专业特别在这几年，随着汽车行业发展的很快，以前是不行的。
早期的时候国内声学振动这个行业主要是学术性的研究，基本都是学校和研究所在做，比如中科院声学所，南大声学所，上海交大噪声振动冲击国家重点实验室等等。企业里面关注的很少。

直到90年代末期，随着家电行业的发展，声学行业得到第一次快速发展，许多家电行业从纯粹的价格战转到做追求技术品质方面。海尔，格力等比较大的家电厂，开始考虑客户的满意度感受，注重噪声指标（如冰箱噪声，空调室内机噪声等指标）的限制，那时很多家电厂开始发展自己的产品声学特性研发能力，或者开始外委学校或者咨询机构开始开展声学方面的研究工作。到目前，国内的家电厂基本都要做噪声指标的评估，但据我了解，主要还是侧重于测试方面，产品的改进一主要是依据经验来解决。在CAE仿真方面做得还是很少。

到了21世纪初期，汽车行业开始与国外进行合作，汽车行业迅猛发展起来。国外的技术带动国内的汽车水平。汽车NVH(Noise, Vibration, Harshness)技术在国外已经发展的比较成熟了，而当时国内在人员技术水平和测试设备方面都远远落后。其实不止声学振动方面，国内汽车行业的整体技术水平还有很长的路要走。汽车NVH对于驾驶者来讲就是车内噪声的感受，对于环保来说就是车外噪声的控制。

现在汽车行业经过了6-7年的迅猛发展，国内汽车的技术能力包括NVH水平已经初具规模，各大汽车厂都有了自己专门的噪声振动的仿真部门和实验部门。尽管人才软件方面非一朝一夕之功，但是我们可以预见几年或十几年后将人才辈出。许多汽车行业都摸索出了自己的道路，比如奇瑞，我们可喜的看到国内的工程师通过外派学习，选择了一条迅速提高自身技术水平的捷径。
目前汽车NVH的发展状况来说，CAE仿真与实验结果的验证整体还处于磨合阶段，只少有的几个地方达到了基本吻合的水平（如：泛亚汽车，一汽技术中心）。总体来说还是主要以生产-> 实验->发现问题->解决问题这样的路子。还很难实现设计之处就能把NVH考虑进去，或者用仿真手段预见最终效果。

个人见解，不当之处，请各位批评指正。

muntzer

请问楼主，可否推荐一款容易上手的CFD的软件？有限元软件能作计算流体力学的活吗？
工作中遇到关于气体扩散、需要知道气体浓度分布的动态问题，想来想去好象只能用计算流体力学软件去计算。可是，以前没有用过，不知哪个软件比较合适：既要容易上手，又要能解决问题。

很想学一点用于建筑结构的分析，但不知道如何入门？