建立聲固耦合模型

1、聲固耦合模型的建立所謂聲固耦合模型是指所建立的模型聲場和結(jié)構(gòu)場之間能夠相互影響相互作用的模型。噪聲是由振動引起的，但并不是相同的振動都會產(chǎn)生同樣的噪聲還與系統(tǒng)聲學(xué)特性密切相關(guān)。當(dāng)空腔壁板受到外界激勵后引起車身壁板振動，同時壁板的振動還要受到空腔流體介質(zhì)（空氣）的制約，壁板振動產(chǎn)生噪聲，在經(jīng)過駕駛室內(nèi)空腔的放大或衰減，反過來產(chǎn)生的噪聲同樣在壁板上放大或抑制壁板的振動，外界激振力輸入后經(jīng)過這樣的耦合后傳到受聲點，才形成最終的車內(nèi)噪聲。這說明空腔四周壁板的機(jī)械振動和內(nèi)部聲腔空氣的聲振動相互耦合，相互影響的。因此，單獨考慮空腔結(jié)構(gòu)本身的振動模態(tài)或單獨考慮空腔聲學(xué)模態(tài)都不能反映力振動、振動聲、聲振動這樣

2、的系統(tǒng)耦合特性。而必須將結(jié)構(gòu)振動和空腔流體介質(zhì)（空氣）耦合起來考慮耦合體統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，才能跟準(zhǔn)確、更真實的反應(yīng)實際情況。有限元軟件ANSYS能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析和耦合聲場分析，但這需要建立聲固耦合模型。因此本文就建立聲固耦合模型的方法結(jié)合實例做簡要的介紹。ANSYS中建立聲固耦耦合有限元模型和進(jìn)行結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析的步驟如下：1、建立結(jié)構(gòu)三維實體模型；2、建立內(nèi)部流質(zhì)三維實體模型；3、對結(jié)構(gòu)和流質(zhì)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；4、設(shè)置流固耦合單元；5、在求解器中進(jìn)行振動模態(tài)求解和受激勵的諧響應(yīng)分析；6、對計算結(jié)果進(jìn)行后處理。一、長方體空腔聲固耦合模型的建立：1、根據(jù)圖紙定義各部分的幾何形狀（點、線、面

3、和體）。本例的空腔結(jié)構(gòu)尺寸如下圖1所示：圖1結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)尺寸建立結(jié)構(gòu)的骨架和三維模型（包括流體模型）如圖2、圖3所示：圖2結(jié)構(gòu)骨架圖3三維實體2、建立結(jié)構(gòu)和空腔流體的材料特征庫。骨架與鋼板密度p78O0g/m3,彈性模量E2.1,10iiN/m2，泊松比卩二0.3，空腔鋼板厚度2mm?？諝饷芏萷1.21kg/m3，聲速c=344m/s。3、選擇和定義單元類型，并對以建立的幾何要素賦以單元類型。該封閉腔有梁和板組成的，在ANSYS中采用其中緊貼結(jié)構(gòu)的流體采用“接觸型”單元（FLUID30,keyopt（2）=0：structurepresent）表示聲固耦合單元（編號1）；內(nèi)部聲場用三維流體單元

4、（FLUID30,keyopt（2）=1：structureabsent）表示（編號2）；三維彈性殼單元（SHELL63）代表封閉腔的壁（編號3）；梁單元（BEAM188,截面0.05X0.05m）表示梁（編號4）。4、對已賦單元類型的幾何要素進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分流體網(wǎng)格時要注意網(wǎng)格尺寸,網(wǎng)格劃分過于粗糙會產(chǎn)生較大誤差。對于線性有限元和邊界元模型來說,通常假設(shè)在最小波長內(nèi)有6個單元,也就是最大單元的邊長要小于計算頻率最短波長的的1/6,或者要小于最高計算頻率點處的波長的1/6；對于二次單元,最大變長要小于計算頻率最短波長的1/3,或者要小于最高頻率點出的波長的1/3。假設(shè)聲音在某流體介質(zhì)中的傳

5、播速度是c,某個單元的長度是L,給定單元如果是線性單元，那么這個單元可以計算到的最大頻率為fmax6L如果知道了計算的最高頻率，那么單元的長度應(yīng)滿足：Lc6fmax本例中單元長度為0.1m,計算最高頻率為200Hz,滿足計算要求。劃分好的空腔聲學(xué)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格如下圖4所示。4設(shè)流固耦合設(shè)置主圖耶聲學(xué)有限元和結(jié)結(jié)構(gòu)有5、網(wǎng)格劃分好之后，根據(jù)分析要求要在結(jié)構(gòu)與它是將結(jié)構(gòu)與流體聯(lián)系在一起的單元，是結(jié)構(gòu)到流下要求:必須是設(shè)置在所有結(jié)構(gòu)與流體接觸的單元上;只能設(shè)置一丿流固耦合單元是將FLUID30單元的keyopt（2）設(shè)置成0即可。具體操作方1）選擇表面所有節(jié)點;2）選則依附與節(jié)點的單元;3）選擇上步中單元中的流體單元;4）將上步中的一層流體單元轉(zhuǎn)換成1號單元5）結(jié)束聲固耦合，形成流固耦合標(biāo)志。上述步驟可以用命令表示：ASEL,S,ALLNSLA,S,1ESLN,S,0ESEL,R,TYPE,2!選擇所有表面!選擇面上的節(jié)點!選擇與節(jié)點連接的所有單元!選擇當(dāng)前集中的2號單元EMO