COMSOL官方實(shí)例解析.ppt

1、COMSOL實(shí)例分析,中仿科技技術(shù)部,聲學(xué)模塊,全面處理流體和固體中的聲波問(wèn)題 支持時(shí)諧、瞬態(tài)、特征頻率、以及模態(tài)等分析 特點(diǎn) 易用的振動(dòng)分析 支持衰減材料、壓電材料 完美匹配層概念（PML） 遠(yuǎn)場(chǎng)后處理功能 氣動(dòng)聲學(xué),音箱聲壓級(jí)分布,微穿孔版消聲器,聲學(xué)模塊的典型應(yīng)用領(lǐng)域,喇叭,消聲器,航空發(fā)動(dòng)機(jī),汽車回音,聲固耦合,聲壓傳感器,預(yù)置應(yīng)用模式,流體中的聲學(xué) 時(shí)諧波傳播，求解總場(chǎng)或散射場(chǎng) 瞬態(tài)波傳播 特征頻率分析，尋找共振 波導(dǎo)的邊界和截面模態(tài)分析 固體中的聲學(xué) 時(shí)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(dòng)聲學(xué) 可壓縮勢(shì)流分析 流體中的聲學(xué) 預(yù)定義多物理場(chǎng)耦合 聲場(chǎng)+固

2、體,壓力聲學(xué),應(yīng)用于流體 空氣和水最常見(jiàn) 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(gè)給定的形狀吸收波前 完美匹配層 通用、高效終止 對(duì)波的方向不敏感,With PML,入射波輻射條件 開(kāi)邊界問(wèn)題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力 未知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 背景聲壓 遠(yuǎn)處聲源,聲源,入射波輻射條件 開(kāi)邊界問(wèn)題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力 未知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 背景聲壓 遠(yuǎn)處聲源,聲源,Fe,入射波輻射條件 開(kāi)邊界問(wèn)題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力 未知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 背景

3、聲壓 遠(yuǎn)處聲源,聲源,入射波輻射條件 開(kāi)邊界問(wèn)題 法向加速度 已知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)力 未知結(jié)構(gòu)振動(dòng) 背景聲壓 遠(yuǎn)處聲源,聲源,湍流 K-eps使渦流變得模糊不清 = 不適合 氣動(dòng)聲學(xué)方程需要?jiǎng)萘?低Re模型使用LES或可能的偶極子源 白(粉、黑、機(jī)械)噪聲 模擬為（可能隨機(jī)）振幅vs.頻率 點(diǎn)源、單極子、偶極子、線源 沒(méi)問(wèn)題,外加聲源,無(wú)聲源 與絕對(duì)壓力無(wú)關(guān) 僅為感興趣的分布和特征頻率,無(wú)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(chǎng)的特征模式,日常生活中共振有時(shí)會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題?？蛷d中的音樂(lè)或家庭影院系統(tǒng)的低音能夠搖動(dòng)窗戶及使地板震動(dòng)。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(lè)的體驗(yàn)會(huì)受到房間聲場(chǎng)的特征模式影響。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)一間音樂(lè)廳時(shí)，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(yīng)當(dāng)均勻地?cái)U(kuò)散。對(duì)于家庭影院或音樂(lè)系統(tǒng)的擁有者，由于無(wú)法改變房間的外形，所以探討喇叭應(yīng)放置于何處能得到較佳的聲音是比較恰當(dāng)?shù)姆椒ā?模型介紹,本模型的房間尺寸為542.6m，里面有一臺(tái)電視機(jī)、兩個(gè)喇叭以及一個(gè)長(zhǎng)沙發(fā)。用聲壓分布圖直觀地說(shuō)明音樂(lè)的影響，計(jì)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(yīng)的特征頻率下聲音的強(qiáng)度模式。經(jīng)由特征模式的特性，可以得出結(jié)論，應(yīng)該將喇叭放置于何處。,模型定義,本模型使用波動(dòng)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(jiǎn)諧振動(dòng)的來(lái)源引起運(yùn)動(dòng)（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(shí)間諧波（time-harmonic）是有意義的。,波動(dòng)方程此時(shí)以聲音擾動(dòng)的振幅p簡(jiǎn)化為Helmholtz方程： 本模型假設(shè)所有邊界墻、地板、天花板以及家具都是完美剛體（硬聲場(chǎng)邊界），相當(dāng)于法向速率為0。,實(shí)例：中空?qǐng)A柱體的聲固耦合 COMSOL 4.1,模型簡(jiǎn)介,本案例模擬浸沒(méi)在水中的中空?qǐng)A柱體（內(nèi)部充滿水）受到點(diǎn)聲源或線聲源激發(fā)時(shí)的聲場(chǎng)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(diǎn)聲源,線聲源輻射方程,點(diǎn)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(duì)圓柱,圓柱對(duì)聲波,結(jié)果與討論,線聲源輻射時(shí)聲壓級(jí)切面圖和圓柱體變形圖,點(diǎn)聲源輻射時(shí)聲壓級(jí)切面圖和圓柱體變形圖,實(shí)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(chǎng)邊界，左焦點(diǎn)發(fā)出的聲波會(huì)在 b/c秒后再次聚焦于右焦點(diǎn)，b為橢圓長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度，c為聲速。聲壓方程為： 左焦點(diǎn)為高斯脈沖波，一波長(zhǎng)剖分6單元 當(dāng)t=1/f0時(shí)，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(gè)波長(zhǎng)內(nèi)剖分的網(wǎng)格數(shù)。本模型取N=6.當(dāng)t=1/f0時(shí)，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(jiǎn)單（忽略截止效應(yīng)）：,其中w0=2pf0，實(shí)際上信號(hào)所有的能量都在-2w0w2w0的范圍內(nèi)。網(wǎng)格尺寸和時(shí)間步長(zhǎng)之間的關(guān)系和CFL數(shù)有關(guān)。此無(wú)量綱數(shù)在1附近表示空間和時(shí)間的解析度類似。 COMSOL默認(rèn)使用廣義a和二階單元，廣義a的公差較大，所以CFL0.2時(shí)，時(shí)間空間的公差在同一量級(jí)。,結(jié)果與討論,h=0.15m, N=6, 所以t0=2.624ms. 本模型需要CFL0.0