ansys声学分析分析和总结.docx

第五章声学

什么是声学？

声学研究声压波在流体介质中的产生、传播、吸收和反射。声学有如下的应用：

·声纳—声学上雷达的对应物

·设计音乐厅，希望声压均匀分布。

·减小机器厂房的噪音

·汽车中的噪声消除

·水下声学

·设计扬声器、音箱、声滤、消音器及其他类似装置。

·地球物理探测

声场分析的类型

只有在ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Mechanical中能进行声场分析，通常包括对流体介质及其周围结构的建模。典型感兴趣的是不同频率的声波在流体中的压力分布、压力梯度、粒子速度、声压级及声波的散射、衍射、传输、辐射、衰减和散射。耦合的声场分析将考虑流体-结构的相互作用。非耦合的声场分析模型只考虑流体而忽略任何流体-结构的相互作用。

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。

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。

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

《ANSYSBasicAnalysisGuid》e中有叙述。

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。

FLUID29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（流体在结构的部）

FLUID129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。

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!REALset3forFLUID129R,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