整體風(fēng)噪虛擬化開發(fā)與應(yīng)用、計(jì)算特點(diǎn)、及計(jì)算設(shè)備硬件配置推薦
“整體風(fēng)噪虛擬化開發(fā)與應(yīng)用”,在工程上主要是指 汽車、航空航天、風(fēng)電等領(lǐng)域的氣動(dòng)噪聲(風(fēng)噪)預(yù)測(cè)、分析與控制,通過數(shù)值仿真 + 虛擬聲學(xué) + 主觀評(píng)價(jià)的方式,在產(chǎn)品研發(fā)階段減少物理風(fēng)洞和試驗(yàn)成本
一. 整體風(fēng)噪虛擬化開發(fā)應(yīng)用及計(jì)算環(huán)節(jié)
在不進(jìn)行實(shí)體風(fēng)洞測(cè)試的情況下,完全通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),模擬出汽車、高鐵、飛機(jī)、建筑風(fēng)工程等工具在行駛時(shí),車內(nèi)乘員聽到的風(fēng)噪聲。
應(yīng)用場(chǎng)景:
- 汽車行業(yè) 整車風(fēng)噪仿真(車身外形、后視鏡、天窗、底盤、輪罩),空調(diào)/進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)噪預(yù)測(cè),主觀虛擬聲學(xué)評(píng)價(jià)(駕駛艙內(nèi)聽感重建)
- 航空航天 飛機(jī)機(jī)翼/艙門/起落架風(fēng)噪,無人機(jī)螺旋槳噪聲預(yù)測(cè)
- 風(fēng)電裝備 風(fēng)輪葉片流致噪聲,整機(jī)運(yùn)行噪聲虛擬化
- 建筑/風(fēng)工程 高層建筑風(fēng)噪,風(fēng)洞替代虛擬試驗(yàn)
目標(biāo):
- 設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè):在實(shí)物原型制造出來之前,評(píng)估不同外形設(shè)計(jì)(如A柱、后視鏡、密封條)對(duì)風(fēng)噪的影響,指導(dǎo)優(yōu)化。
- 性能對(duì)標(biāo)與優(yōu)化:將虛擬仿真結(jié)果與目標(biāo)值或競(jìng)品車進(jìn)行對(duì)比,找出噪聲源并改進(jìn)。
- 主觀聲品質(zhì)評(píng)價(jià):不僅關(guān)注噪聲大?。ǚ重悾P(guān)注噪聲的“聽感”(如嘶嘶聲、轟鳴聲、調(diào)性音),通過生成可聽的音頻文件供專家評(píng)審。
- 控制策略開發(fā):為主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)提供虛擬的輸入信號(hào)。
主要計(jì)算環(huán)節(jié):
- 幾何清理與網(wǎng)格劃分:準(zhǔn)備車輛外形的CAD模型,生成用于計(jì)算的網(wǎng)格。
- 流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算:模擬空氣流過車體表面的非定常流動(dòng),獲取脈動(dòng)壓力數(shù)據(jù)。
- 聲學(xué)計(jì)算:將流體計(jì)算的脈動(dòng)壓力作為聲源,計(jì)算聲音如何傳播到車內(nèi)人耳位置。
- 聲品質(zhì)渲染與試聽:將聲學(xué)計(jì)算結(jié)果合成為雙耳可聽的.wav音頻文件,通常在虛擬現(xiàn)實(shí)或視聽實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。
二、主要算法匯總
風(fēng)噪虛擬化是一個(gè)多物理場(chǎng)耦合問題,涉及流體和聲學(xué)兩大領(lǐng)域的算法
2.1 CFD(計(jì)算流體力學(xué))求解氣動(dòng)流場(chǎng)
算法種類 |
特點(diǎn) |
用途 |
CPU |
GPU |
內(nèi)存 |
硬盤IO |
RANS(雷諾時(shí)均 Navier-Stokes) |
穩(wěn)態(tài)平均流場(chǎng),計(jì)算量相對(duì)小 |
初步預(yù)測(cè)、耦合聲學(xué)源區(qū) |
強(qiáng)烈依賴多核并行(數(shù)百核起) |
部分商業(yè)CFD已支持(如ANSYS Fluent GPU版) |
幾十GB即可 |
中等(主要是網(wǎng)格、流場(chǎng)保存) |
LES(大渦模擬)/ DES(分離渦模擬) |
捕捉非定常渦結(jié)構(gòu),能準(zhǔn)確獲取噪聲源 |
風(fēng)噪研究的核心算法 |
高度并行,需數(shù)百~上萬核 |
支持度逐漸提升(如OpenFOAM GPU版、Fluent+ NVIDIA CUDA) |
≥128GB~TB級(jí) |
非常高(非定常流場(chǎng)瞬態(tài)數(shù)據(jù),TB級(jí)輸出) |
- 2.2聲學(xué)模擬方法
算法種類 |
用途 |
計(jì)算量 |
CPU |
GPU |
內(nèi)存 |
硬盤IO |
Lighthill 聲類比(CAA-計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)) |
基于流場(chǎng)速度/壓力場(chǎng)計(jì)算聲源項(xiàng) |
中等,耦合CFD結(jié)果 |
多核并行 |
有限支持 |
幾十~上百GB |
主要讀取CFD瞬態(tài)結(jié)果,IO壓力大 |
FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)積分 |
常用于車外/機(jī)外噪聲預(yù)測(cè) |
|
適合并行 |
部分實(shí)現(xiàn)可加速 |
中等 |
主要依賴CFD輸入 |
BEM/FEM(邊界元/有限元聲學(xué)) |
用于聲傳播、車內(nèi)噪聲耦合 |
|
并行良好 |
有限支持 |
與模型規(guī)模相關(guān)(>128GB常見) |
中等 |
- 2.3虛擬化與感知算法
算法種類 |
算法 |
CPU |
GPU |
內(nèi)存 |
硬盤IO |
聽感建模(psychoacoustic metrics:響度、粗糙度、尖銳度) |
|
需求低(單機(jī)即可) |
不必要 |
要求低 |
要求低 |
3D 聲場(chǎng)重建 / Auralization(虛擬試聽) |
卷積濾波、HRTF建模、波束成形 |
|
可用于加速卷積與渲染 |
中低 |
低 |
三. 常用軟件工具
這是一個(gè)由多種專業(yè)軟件構(gòu)成的工具鏈。
軟件類別 |
代表軟件 |
主要用途 |
CAD/幾何處理 |
CATIA, NX, ANSA |
原始幾何建模、清理和簡(jiǎn)化,為網(wǎng)格劃分做準(zhǔn)備。 |
CFD前處理/求解器 |
Siemens STAR-CCM+, ANSYS Fluent, PowerFLOW (Lattice Boltzmann方法), OpenFOAM (開源) |
生成網(wǎng)格并進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算(LES/DES),獲取聲源。這是計(jì)算量最大的部分。 |
聲學(xué)仿真軟件 |
Actran (與CFD耦合極佳), VA One (混合FEM/SEA方法), LMS Virtual.Lab (現(xiàn)為Simcenter 3D) Comsol Multiphysics(多物理聲學(xué)模塊) |
接收CFD的聲源數(shù)據(jù),進(jìn)行聲音傳播計(jì)算(FEM/BEM/SEA),并生成可聽的音頻文件。 |
多物理場(chǎng)集成平臺(tái) |
Siemens Simcenter (整合了STAR-CCM+, Heeds, Samcef, Testlab等) |
提供從仿真到測(cè)試的完整工作流。 |
系統(tǒng)仿真軟件 |
Simulink, AMESim |
用于集成風(fēng)噪模型并進(jìn)行主動(dòng)噪聲控制算法的開發(fā)。 |
4. 整體硬件要求總結(jié)
風(fēng)噪虛擬化是典型的高性能計(jì)算應(yīng)用。
- CPU:
核心數(shù)量至上: 需要多核、多路的高性能服務(wù)器或計(jì)算集群。CFD和聲學(xué)計(jì)算都具有極高的并行度。
推薦: AMD EPYC 或 Intel Xeon 系列,核心數(shù)越多越好。
- GPU:
從“可選”變?yōu)?span>“必選”: 對(duì)于CFD求解器,GPU加速能帶來巨大的性能提升。投資高性能計(jì)算GPU(如NVIDIA A100, H100)或消費(fèi)級(jí)旗艦(如RTX 4090)回報(bào)率很高。
- 內(nèi)存:
容量巨大: LES計(jì)算和大型聲學(xué)FEM模型非常消耗內(nèi)存。建議128GB起步,256GB/512GB是常見配置,TB級(jí)別也不罕見。 需要高帶寬的內(nèi)存(如DDR4/DDR5)。
- 硬盤IO:
高速存儲(chǔ)是關(guān)鍵瓶頸: 瞬態(tài)計(jì)算會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。慢速的機(jī)械硬盤會(huì)嚴(yán)重拖慢整個(gè)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析流程。
必選: 高性能NVMe SSD組成RAID陣列,或直接使用企業(yè)級(jí)全閃存存儲(chǔ)陣列。網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)也建議是高速的。
典型的高端配置:一臺(tái)或多臺(tái)搭載雙路AMD EPYC CPU、1TB以上內(nèi)存、多塊NVIDIA A100/H800 GPU、數(shù)十TB NVMe SSD存儲(chǔ)的計(jì)算服務(wù)器或集群。
2025年最新fluent流體仿真算法特點(diǎn)、求解器分析及工作站硬件配置推薦
http://www.jiu-hong.com/news/html/?2944.html
上述所有配置,代表最新硬件架構(gòu),同時(shí)保證是最完美,最快,如有不符,可直接退貨
欲咨詢機(jī)器處理速度如何、技術(shù)咨詢、索取詳細(xì)技術(shù)方案,提供遠(yuǎn)程測(cè)試,請(qǐng)聯(lián)系
咨詢微信號(hào):100369800
UltraLAB圖形工作站供貨商:
西安坤隆計(jì)算機(jī)科技有限公司
國內(nèi)知名高端定制圖形工作站廠家
業(yè)務(wù)電話:400-705-6800