ansys 声学分析复习课程Word文档格式.docx
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ANSYS程序假定流体是可压的，但只允许压力与平均压力相比有较小的变化。
而且，流体假定为非流动并且无粘的（即粘性不引起耗散作用）。
假定平均密度和平均压力不变，压力求解偏离平均压力而不是绝对压力。
5.2求解声学问题
通过执行一个谐波响应分析可以解决许多声学问题。
分析计算流体-结构界面上的谐波载荷（正弦变化）引起流体中的压力分布。
通过指定载荷的频率范围，可以观察到在不同的频率时压力的分布。
可以执行模态和瞬态的声学分析。
（参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》中关于这种分析更详细的叙述。
）
谐波声场分析的过程包括以下三个主要步骤：
建立模型。
施加边界条件和载荷并获得求解。
查看结果。
5.3建立模型
在此步骤中，用户指定工作名称和分析标题，然后用PREP7前处理器定义单元类型，单元实常数，材料属性和模型几何尺寸。
这些任务与多数分析相同，在《ANSYSBasicAnalysisGuide》中有叙述。
5.3.1谐波声场分析准则
对一个谐波声场分析，考虑以下几点：
单元类型—ANSYS声场分析指定了四种单元类型：
对二维和三维模型的流体部分分别使用Fluid29和Fluid30单元，Fluid129和Fluid130与FLUID29和FLUID30单元一起使用，用来构造包围Fluid29和Fluid30单元的无限外壳。
利用这些单元类型可以构造流体部分的模型，然后利用相应的结构单元（PLANE42、SOLID45等）构造固体模型。
只有Fluid29和Fluid30单元才能与结构单元相接触（在结构的内部或外部）；
Fluid129和Fluid130单元只能与Fluid29和Fluid30单元相接触，而不能直接与结构单元接触。
5.3.1.1FLUID29与FLUID30单元
对与固体相接触的声单元，要确保使用KEYOPT
（2）=0，缺省的设置允许流体-结构的相互作用。
UX，UY，UZ和PRES作为自由度引起单元矩阵的不对称。
对所有其它的声单元，设置KEYOPT
（2）=1，致使带有PRES自由度的单元矩阵的对称。
（见图5-1）对称矩阵需要的内存和计算时间更少，因此只要可能就应该使用它。
关于流体-结构的相互作用的详细信息参见《ANSYS,Inc.TheoryReference》。
图5-1二维声模型的例子（流体在结构的内部）
5.3.1.2FLUID129和FLUID130单元
对无限的吸收压力波的声单元，模拟在FLUID29和FLUID30单元之外无限延伸域的输出效果。
FLUID129和FLUID130单元提供了第二级的吸收边界条件，所以输出的压力波到达模型的边界以最小的反射吸收到流体域内。
FLIUD129单元用来建立二维流体区域的边界和诸如线单元。
FLIUD130单元用来建立三维流体区域的边界和诸如平面表面单元。
材料属性—声单元需要密度（DENS）和声速（SONC）作为材料属性（FLUID129和FLUID130只需要SONC）。
如果在流体-结构界面存在声的吸收，利用标记MU来指定边界导纳β（吸收系数）。
值β通常由实验来测定。
对结构单元，指定杨氏模量（EX）、密度（DENS）和泊松比（PRXY或NUXY）。
实常数—当用FLUID129和FLUID130单元时，里面的有限元网格边界必须是圆形的（二维及轴对称）或球形的（三维），而且圆形或球形边界的有限区域的半径必须指定为实常的RAD。
（见图5-2）圆或球的中心也必须用实常数指定：
R,3,RAD,X0,Y0!
REALset3forFLUID129
R,3,RAD,X0,Y0,Z0!
REALset3forFLUID130
如果二维轴对称情况圆的中心坐标（X0，Y0）或三维情况球的中心坐标（X0，Y0，Z0）不是通过实常数指定的，ANSYS假定中心为总体坐标系的原点。
图5-2应用吸收单元的例子
图5-3浸在水中的圆筒
5.4对模型进行网格划分
下面为使用二维无限的声单元进行网格划分的典型程序。
对三维单元的程序与此相同。
如果还有结构部分，结构单元必须与FLUID29单元相邻，而不要与无限流体单元（FLUID129）相邻。
这个过程自动在有限区域的边界加入FLUID129单元。
这里环形结构用PLANE42结构单元进行网格划分。
与PLANE42单元接触的流体单元层用带有UX和UY自由度的FLUID29单元划分网格同时打开流体-结构接触面。
流体的外层用没有UX和UY自由度的FLUID29单元建模。
在X0=Y0=0处放置FLUID129单元的半径为0.31242（参见§
5.4.2节）。
可用下列方法定义FLUID129单元：
命令：
ESURF
GUI:
MainMenu>
Preprocessor>
Create>
Elements>
InfAcoustic
5.4.1步骤一：
内部流体区域的网格划分
用FLUID29单元对圆形或球形边界（PLANE42）所包围的内部流体区域划分网格。
图5-4对流体区域划分网格
5.4.2步骤二：
生成无限的声单元
按以下步骤：
1．选择圆形或球形边界上的节点：
NSEL
UtilityMenu>
Select>
Entities
2．指定FLUID129单元作为与FLUID29单元相联系的无限流体单元。
TYPE,REAL
Attributes>
DefaultAttribs
MainMenu>
RealConstants
无限单元对低频及高频激励都执行得很好。
数值实验已确定吸收单元远离结构或振动源区域以外大约0.2λ放置能产生准确的结果。
这里λ=c/f压力波的主波长。
c是流体中的声速（SONC），f是压力波的主频。
例如，对浸没在水中的圆盘或球壳的直径D，封闭边界的半径RAD至少应为D/2+0.2λ。
而且，对一般的声分析，网格必须足够的细致以能分辨最小的主频。
3．在边界生成吸收单元（FLUID129）。
图5-5在边界加入吸收单元
5.4.3步骤三：
指定流体-结构接触面
指定流体-结构接触面：
1．选择界面上的所有节点。
SelectEntities
2．选择附属于这些节点上的流体单元。
ESEL
3．指定所选择的节点作为流体-结构接触面上的节点。
SF
Loads>
Apply>
Fluid-Struct>
OnNodes
注意—在对分析进行求解前确保重选所有的节点。
图5-6指定流体-结构界面
5.5施加载荷并获得求解
在这个步骤里，用户定义分析类型和选项，施加载荷，指定载荷步选项，并开始有限元求解。
下面几节解释如何做这些工作。
5.5.1步骤一：
进入SOLUTION求解器
通过选择GUI途径MainMenu>
Solution或执行/SOLU命令进入SOLUTION求解器。
5.5.2步骤二：
定义分析类型
利用GUI途径或命令集，定义分析类型和分析选项。
用下列方法定义分析类型：
ANTYPE,HARMIC
Solution>
NewAnalysis
必须选择新的分析NEWAnalysis因为重启动对谐波响应分析无效。
如果需要施加另外的谐波载荷，每次作一个新的分析（或用《ANSYSBasicAnalysisGuide》中叙述的“部分求解”程序）。
5.5.3步骤三：
定义分析选项
用下列方法指定求解方法：
HROPT
AnalysisOptions
尽管全量、减缩或模态叠加方法都是可选的方法，选择全量方法因为它自己就可以处理非对称矩阵。
用下列方法定义求解列表格式：
HROUT
这个选项决定ANSYS如何在打印输出（Jobname.OUT）中对谐波自由度结果进行列表。
用下列方法指定方程求解器：
EQSLV
可以选择波前求解器（缺省），Jocobi共轭梯度（JCG）求解器，或不完全的Cholesky共轭梯度（ICCG）求解器。
对大多数模型推荐使用JCG求解器。
5.5.4步骤四：
在模型上施加载荷
由谐波分析的定义可知，假定任何施加的载荷随时间是简谐（正弦）变化的。
在声学分析中完整地指定一个谐波载荷，通常需要两条信息：
强迫力的频率和振幅。
振幅是载荷的最大值，如表5-2所示用命令指定振幅。
强迫力的频率是谐波载荷的频率（循环/时间）。
可用HARFRQ命令或GUI途径MainMenu>
Solution>
Time/Frequenc>
Freq&
Substeps在随后的载荷步中指定它。
参见§
5.5.5节步骤5。
表5-1列出了所有对谐波声分析可用的载荷及定义、列表和删除它们的命令。
除了惯性载荷，用户既可以在实体模型（关键点、线和面）上也可以在有限元模型（节点和单元）上定义载荷。
对实体模型载荷与有限元载荷综合的讨论参见ANSYS基本分析程序指南中加载与求解的有关章节。
表5-1声学分析中可用的载荷
载荷类型
种类
命令族
菜单途径
位移（UX,UY,UZ）,
压力（PRES）
约束
D
-Loads->
DisplacementorPotential
力（FX,FX,FZ）,
力矩（MX,MY,MZ）,
流体载荷
力
F
Force/Moment
-Loads-Apply>
阻抗（IMPD）
流体-结构相互作用标记（FSI）
表面载荷
loadtype
重力
旋转等
惯性载荷
ACEL,
OMEGA,
DOMEGA,CGLOC,CGOMEGA,DCGOM,IRLF
Pre
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