COMSOL官方實例解析.ppt

1、COMSOL實例分析,中仿科技技術(shù)部,聲學模塊,全面處理流體和固體中的聲波問題 支持時諧、瞬態(tài)、特征頻率、以及模態(tài)等分析 特點 易用的振動分析 支持衰減材料、壓電材料 完美匹配層概念（PML） 遠場后處理功能 氣動聲學,音箱聲壓級分布,微穿孔版消聲器,聲學模塊的典型應用領域,喇叭,消聲器,航空發(fā)動機,汽車回音,聲固耦合,聲壓傳感器,預置應用模式,流體中的聲學 時諧波傳播，求解總場或散射場 瞬態(tài)波傳播 特征頻率分析，尋找共振 波導的邊界和截面模態(tài)分析 固體中的聲學 時諧波傳播 特征頻率分析，包括衰減和非衰減 永久變形的穩(wěn)態(tài)分析 氣動聲學 可壓縮勢流分析 流體中的聲學 預定義多物理場耦合 聲場+固

2、體,壓力聲學,應用于流體 空氣和水最常見 人體組織 (70% 水) 布、玻璃絲、石纖維 求解聲壓，p 1 atm = 100 kPa p 1 100 Pa 頻域中的控制方程,人為邊界條件,輻射邊界條件 仿真連續(xù)自由空間 用一個給定的形狀吸收波前 完美匹配層 通用、高效終止 對波的方向不敏感,With PML,入射波輻射條件 開邊界問題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動 驅(qū)動力 未知結(jié)構(gòu)振動 背景聲壓 遠處聲源,聲源,入射波輻射條件 開邊界問題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動 驅(qū)動力 未知結(jié)構(gòu)振動 背景聲壓 遠處聲源,聲源,Fe,入射波輻射條件 開邊界問題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動 驅(qū)動力 未知結(jié)構(gòu)振動 背景

3、聲壓 遠處聲源,聲源,入射波輻射條件 開邊界問題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動 驅(qū)動力 未知結(jié)構(gòu)振動 背景聲壓 遠處聲源,聲源,湍流 K-eps使渦流變得模糊不清 = 不適合 氣動聲學方程需要勢流 低Re模型使用LES或可能的偶極子源 白(粉、黑、機械)噪聲 模擬為（可能隨機）振幅vs.頻率 點源、單極子、偶極子、線源 沒問題,外加聲源,無聲源 與絕對壓力無關(guān) 僅為感興趣的分布和特征頻率,無源 特征頻率分析,演示模型：房間的特征模式 COMSOL 4.1,房間聲場的特征模式,日常生活中共振有時會成為一個問題?？蛷d中的音樂或家庭影院系統(tǒng)的低音能夠搖動窗戶及使地板震動。這些現(xiàn)象發(fā)生于一些特定的頻率房間

4、的特征頻率。 音樂的體驗會受到房間聲場的特征模式影響。因此，當設計一間音樂廳時，就必須考慮共振這一重要因素。 為了得到清澈且不受渲染的聲音，特征頻率應當均勻地擴散。對于家庭影院或音樂系統(tǒng)的擁有者，由于無法改變房間的外形，所以探討喇叭應放置于何處能得到較佳的聲音是比較恰當?shù)姆椒ā?模型介紹,本模型的房間尺寸為542.6m，里面有一臺電視機、兩個喇叭以及一個長沙發(fā)。用聲壓分布圖直觀地說明音樂的影響，計算所有低于100Hz的特征頻率及特征模式（eigenmode）。,特征模式顯示了與之相應的特征頻率下聲音的強度模式。經(jīng)由特征模式的特性，可以得出結(jié)論，應該將喇叭放置于何處。,模型定義,本模型使用波動方

5、程（wave equation）描述聲音在空氣中的傳播情形： 其中p表示壓力，c是聲音的速度。假如空氣被簡諧振動的來源引起運動（例如喇叭），而僅僅只有一種頻率可在房間中存在。由此原因借由下式找尋時間諧波（time-harmonic）是有意義的。,波動方程此時以聲音擾動的振幅p簡化為Helmholtz方程： 本模型假設所有邊界墻、地板、天花板以及家具都是完美剛體（硬聲場邊界），相當于法向速率為0。,實例：中空圓柱體的聲固耦合 COMSOL 4.1,模型簡介,本案例模擬浸沒在水中的中空圓柱體（內(nèi)部充滿水）受到點聲源或線聲源激發(fā)時的聲場分布（f=60kHz） 3D模型： 1.聲波與結(jié)構(gòu)雙向耦合 2.

6、分別模擬線聲源和點聲源,線聲源輻射方程,點聲源輻射方程,模型定義,求解域聲壓傳輸方程,邊界條件,外層輻射邊界條件 (最大限度減少聲波反射的影響),交界水面,聲波對圓柱,圓柱對聲波,結(jié)果與討論,線聲源輻射時聲壓級切面圖和圓柱體變形圖,點聲源輻射時聲壓級切面圖和圓柱體變形圖,實例：瞬態(tài)高斯脈沖波 COMSOL 4.1,模型定義,本案例模擬瞬態(tài)高斯脈沖。橢圓為硬聲場邊界，左焦點發(fā)出的聲波會在 b/c秒后再次聚焦于右焦點，b為橢圓長軸的長度，c為聲速。聲壓方程為： 左焦點為高斯脈沖波，一波長剖分6單元 當t=1/f0時，波形如右圖,氣流速度,模型定義，續(xù),f0與頻寬成正比，f0=c/(Nh)，h為網(wǎng)格單元尺寸，N為每個波長內(nèi)剖分的網(wǎng)格數(shù)。本模型取N=6.當t=1/f0時，波形和完整的高斯波非常近似。 高斯函數(shù)的傅里葉變換非常簡單（忽略截止效應）：,其中w0=2pf0，實際上信號所有的能量都在-2w0w2w0的范圍內(nèi)。網(wǎng)格尺寸和時間步長之間的關(guān)系和CFL數(shù)有關(guān)。此無量綱數(shù)在1附近表示空間和時間的解析度類似。 COMSOL默認使用廣義a和二階單元，廣義a的公差較大，所以CFL0.2時，時間空間的公差在同一量級。,結(jié)果與討論,h=0.15m, N=6, 所以t0=2.624ms. 本模型需要CFL0.0