AnsysWorkbench19.0结构声学仿真.pptx

1、Ansys Workbench 19.0 结构声学仿真赵力/技术工程师Ansys中国,Highlights Ansys 结构声学:模态声学(Modal Acoustics)以及模态谐响应(Harmonic Acoustics)应用场景及背景介绍 噪声分析材料属性及模型设置 单向耦合及完全耦合振动噪声分析 19.0更新内容 应用案例,2 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Workbench Mechanical Acoustics18.2 发布内容,3 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会

2、和技术巡展 2018,噪声模拟应用场景声学仿真 用来仿真声波在介质中的产生，传播，辐射，吸收及反射应用 汽车中噪音的消除 机械设备中减少噪音 建筑声学 助听器 声纳及水下设备 扬声器，声音过滤器，消声器以及其他设备的设计 物理勘探,4 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,声学模拟背景根据亥姆霍兹方程（线性波动方程）在声学（流体）领域建模。另外，引入了非均匀介质材料属性，以及质量源项。使用有限元法在频域求解,5 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,声学材料属性 对于定义

3、了声学体的元件，必须定义密度及声速 流体材料库中的空气与水，密度以及声速被作为默认材料属性 多种等效流体材料模型可以被用于等效多孔介质材料多孔介质材料属性,6 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Modal Acoustics模态声学分析 模态声学分析，可以帮助您模拟声场、或者声场与结构场耦合的固有频率及驻波模式 声场物理特性默认在激活状态 在Workbench项目界面中的模态声学仿真系统如下图。对于完全耦合分析，结构物理特性（PhysicsStructural）可以在Workbench项目界面或者Mechanical界面中激活,

4、7 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Modal Acoustics分析 可以通过Physical Region对象定义模型树中的体是属于声学域还是结构域 对于声学域，可以使用额外的高级设置，用于指定声学域的物理属性。当分析模型中不存在结构域时（纯声学分析），Block Lanczos法,子空间法以及完全阻尼法特征求解器可用于模态声学分析 当模型中存在结构域，可以使用非对称法及完全阻尼法特征值求解器,8 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Modal Acousti

5、cs分析 包括如下声学边界条件包括，压力Pressure,表面阻抗边界Impedance boundary,波吸收边界Absorption surface,表面辐射边界Radiation boundary,波吸收单元Absorption element 及自由液面Free surface 包括如下声学载荷，温度Temperature,阻抗薄片Impedance sheet 以及静压力Static Pressure 在模态声学分析系统中通过Create AutomaticFSI可以实现自动判断并创建固液交界面Image shows standing wave patterns in an aco

6、ustic cavity,9 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustics分析 在流率及压力的激励下，计算系统频域响应Acoustic pressure showing the transmission loss profile of a mufflerPressure wave generated by 2 speakers inside of a room,10 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustics分

7、析 在Workbench项目界面中的谐响应声学仿真系统如下图。对于完全耦合分析，结构物理特性（PhysicsStructural）可以在Workbench项目界面或者Mechanical界面中激活。声场物理特性默认在激活状态。,11 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustics分析 可以通过Physical Region对象定义模型树中的体是属于声学域还是结构域 对于声学域，可以指定流体介质的物理属性 对于声学域，还有一些额外的设置，PML选项,12 2018 ANSYS,Inc.April 25,20

8、18ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustics分析 对于声散射问题，在谐响应声学的分析条件设置中支持散射控制 如果需要计算声场的速度结果和能量结果，可以通过激活分析条件设置中的相应输出选项 如果需要计算远场结果，谐响应声学也支持远场辐射面这类高级属性。用户可以右键选择Create Automatic-far-field radiation surface 快速创建远场辐射表面。,13 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustics分析 支持声学激励，质量源，表面速度，

9、漫射声场，入射波源以及管道端口 支持声学载荷，温度，阻抗包办以及静压 支持声学边界条件，压力，阻抗边界，吸收表面，辐射边界，吸收单元，自由页面，热-粘性BLI边界，刚性墙，对称面，端口以及远场辐射面 支持转移导纳矩阵,14 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,波的吸收条件对于室外声学问题，结构往往被浸没在一个无限的，均质的，无粘的流体域。对于有限元模型建立，我们需要剪裁这个流体域。因此波的吸收条件可以帮助我们将模型建立在这个无限大流体域的一小部分中，并且假设声波在继续向外传播时，不存在反射Workbench中提供三种波的吸收边界:

10、完全匹配层条件，辐射边界，以及吸收单元,15 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,声学激励Acoustic Excitations 入射波源：平面波源，单极子，偶极子，封闭式扬声器，敞开式扬声器。管道端口:平面波，方形及圆形管道 表面速度，质量源（支持频率相关输入）声学边界条件 阻抗边界(支持频率相关输入)吸收系数(支持频率相关输入),16 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,漫反射声场在自由空间中，将大量互不关联的，随机相位的平面波，通过渐近线模型叠加来描述漫射声场

11、激励。入射空间的声场无需划分网格。,Sender roomReceiver room,17 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmonic Acoustic分析压力场在每个节点上求解（压力是声学单元的自由度）。求解结果后处理可以在求解域内（基于有限元模型）或者求解域外（基于等效源理论）在求解域内，压力场，声压等级，声速，以及能量的后处理结果可以通过云图表示在求解域外，可以同过远场（far-field）结果表示,18 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,Harmo

12、nic Acoustics分析 远场结果Far-field Results 远场结果可以绘制声压级，压力，散射压力以及目标强度的极坐标图 计算远场结果，必须存在远场辐射面，在程序后台，自动定义远场辐射面 如果需要考虑模型的对称性（Neumann边界),必须在模型中定义对称面边界。,19 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,振动噪声耦合分析Ansys支持完全耦合及单向耦合的振动噪声分析 单向结构-声学耦合求解效率更高，但是声学在结构上的影响被忽略。在单向结构-声学耦合中，结构求解结果被作为声学的激励源 可以通过如下方式，实现在Wor

13、kbench中的单向结构-声学耦合分析。项目原理图链接Project Schematic Link(结构，声学网格无需保证一致)或者外部数据External Data(结构，声学网格无需保证一致)。如果需要考虑流体域与结构域的相互作用（声学压力会作用在结构上，而其所造成的结构振动，有可以作为一个激励，反作用于流场上），那么必须考虑完全耦合的振动噪声分析。,20 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,18.2版本Worbench模态声学功能总结 声学材料属性(密度,声速,动粘度)物理域定义(定义声学单元)FSI 自动接触定义 边界条件

14、定义 压力，速度后处理 自由液面变形,21 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,18.2版本Worbench谐响应声学功能总结,声学材料属性(密度,声速,动粘度),多孔材料属性,物理域定义(定义声学单元),FSI公式,完全匹配层定义,自动接触定义,边界条件定义（阻抗边界，自由边界，吸收边界),载荷定义（速度，质量源项，入射波),单向耦合,自动创建FSI以及等效源面,声学仿真结果后处理（压力，速度，能量，声压级）,远场极坐标图结果,参数化边界条件，及后处理,散射,22 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSY

15、S 新品发布会和技术巡展 2018,相较于声学ACT扩展包，18.2版本Workbench声学仿真的优势 基于物理域的设置，自动完成声学及结构域创建 材料属性通过Engineering Data定义，便于管理及重复使用 求解器选型通过默认程序控制(Program controlled)选项，简化求解器及求解结果的选择 简化声学端口(Port)选择，每一个端口都有独立的标识 可以自动创建FSI及等效源面(equivalent source surface)更加快速的远场结果计算 改进后处理流程，实现轻量化地选择，并获取结果,23 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS

16、 新品发布会和技术巡展 2018,相较于声学ACT扩展包，18.2版本Workbench声学仿真缺失的功能前处理,对于多孔板的修剪单元(Beta in 18.2),Fluent 耦合(CGNS file),LRF 模型（热粘性）,平均流量,弗洛奎特模型,不规则的完美匹配层,远场网格,通过External Data联接或原理图联接导入静压及温度,后处理,声功率结果,远场麦克风结果,近场结果,频率响应结果,24 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,19.0版本声学仿真在Workbench Mechanical中的改进内容,25 2018 ANSYS,Inc.April 25,2018ANSYS 新品发布会和技术巡展 2018,19.0版本改进内容 不规则的完美匹配层（Irregular Perfectly Matched Layers）针对多孔结构的转移导纳矩阵（Transfer Admittance Matrix）远场麦克风结果改进（Far-field microphone results）声功率结果（传递损失，吸收系数）频