abaqus 聲學分析的案例
Abaqus聲學分析
網格劃分
首先要確保把單元種類選為聲學單元如AC3D20，這里選用二次單元是經過一番比較的。使用不同單元類型與網格密度的結果（聲壓POR最大幅值）比較如下表：
從表中可以看出，二次單元的結果比較穩定，而一次單元的結果受網格密度的影響非常大，網格越密越接近二次單元的結果，但即使用50px的網格，仍有較大誤差，因此實際工程計算中最好采用二次單元。本問題求解頻率300Hz，也就是波長約1m，這樣當單元尺寸為125px即波長的1/20時，計算結果的精度就比較理想了。
9. 結果后處理
首先必須注意某些結果量只有幅值才有意義，比如聲壓POR，計算結果是一個復數值，缺省的輸出是它的實部，沒多大意義，應改成幅值輸出。
主要的輸出量如下：
POR，聲壓
GRADP，聲壓梯度
SPL，聲壓級
文中例子的計算結果如下
10. 討論
Abaqus具備了基本的聲學有限元分析能力，可以求解如下問題：
--求解固體流體區域的聲傳播問題，考慮聲吸收和聲耗散。
--可以求解聲固耦合問題，聲固界面容易創建，固體計算較為專業。
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文章來源：CAE之家
展開 Abaqus聲學分析實例分享
網格劃分
首先要確保把單元種類選為聲學單元如AC3D20，這里選用二次單元是經過一番比較的。使用不同單元類型與網格密度的結果（聲壓POR最大幅值）比較如下表：
從表中可以看出，二次單元的結果比較穩定，而一次單元的結果受網格密度的影響非常大，網格越密越接近二次單元的結果，但即使用50px的網格，仍有較大誤差，因此實際工程計算中最好采用二次單元。本問題求解頻率300Hz，也就是波長約1m，這樣當單元尺寸為125px即波長的1/20時，計算結果的精度就比較理想了。
8. 結果后處理
首先必須注意某些結果量只有幅值才有意義，比如聲壓POR，計算結果是一個復數值，缺省的輸出是它的實部，沒多大意義，應改成幅值輸出。
主要的輸出量如下：
POR，聲壓；
GRADP，聲壓梯度；
SPL，聲壓級。
上文中例子的計算結果如下：
9. 應用
Abaqus具備了基本的聲學有限元分析能力，可以求解如下問題：
固體流體區域的聲傳播問題，考慮聲吸收和聲耗散。
聲固耦合問題，聲固界面容易創建，固體計算較為專業。
來源：CAE技術資訊
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列43：聲學分析(2)-邊界元
我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
通用結構有限元CAE軟件iSolver操作視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
==第43篇：聲學分析==
Abaqus雖然是結構計算軟件，但如今隨著系統的復雜，結構與其它物理場的耦合也越來越頻繁，因此，Abaqus也將自己的計算能力往其它物理場擴展，其中，熱學、聲學、流體和電磁學等都是Abaqus多物理場的擴展的典型應用。熱學主要計算熱膨脹時結構應力的變化和熱傳導等現象，本身和結構關系密切，所以Nastran、Abaqus等結構軟件都會包括熱分析功能；流體由于達索已經收購了業界兩款最好的基于最近大熱的LBM粒子算法的商業軟件PowerFlow和Xflow，可能處于產品線的發展考慮，把基于有限元方法的Abaqus/CFD模塊直接停止開發了，但保留了Abaqus中的CEL模塊，專門處理流固耦合問題；而聲學模塊主要處理聲腔內的模態分析和聲傳播問題；電磁模塊至今不涉及，在此不討論了。這幾個多物理場的擴展每一項都需要單獨的其它物理場的專業知識和結構專業的融合，也許大家都和我們一樣只熟悉結構的算法，對陌生的其它專業總覺得非常難，但其實靜下心來系統學習一下，其它專業的內容并不是想象的那么困難，結構有限元學好了，其它專業都是一通百通的。譬如下面的聲學有限元理論公式我們就可以完全按照結構有限元的流程推導。
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列44：聲學分析（3）-濕模態
我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。iSolver包括完整的前后處理和有限元求解器，功能如下，有興趣可直接在下面網址下載：
百度網盤鏈接: https://pan.baidu.com/s/10d6jHdZ01SBY2JxiS6bffw 提取碼: 6fdf
2 聲學分析
Abaqus雖然是結構計算軟件，但如今隨著系統的復雜，結構與其它物理場的耦合也越來越頻繁，因此，Abaqus也將自己的計算能力往其它物理場擴展，其中，熱學、聲學、流體和電磁學等都是Abaqus多物理場的擴展的典型應用。熱學主要計算熱膨脹時結構應力的變化和熱傳導等現象，本身和結構關系密切，所以Nastran、Abaqus等結構軟件都會包括熱分析功能；流體由于達索已經收購了業界兩款最好的基于最近大熱的LBM粒子算法的商業軟件PowerFlow和Xflow，可能處于產品線的發展考慮，把基于有限元方法的Abaqus/CFD模塊直接停止開發了，但保留了Abaqus中的CEL模塊，專門處理流固耦合問題；而聲學模塊主要處理聲腔內的模態分析和聲傳播問題；電磁模塊至今不涉及，在此不討論了。這幾個多物理場的擴展每一項都需要單獨的其它物理場的專業知識和結構專業的融合，也許大家都和我們一樣只熟悉結構的算法，對陌生的其它專業總覺得非常難，但其實靜下心來系統學習一下，其它專業的內容并不是想象的那么困難，結構有限元學好了，其它專業都是一通百通的。譬如下面的聲學有限元理論公式我們就可以完全按照結構有限元的流程推導。
展開 
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列42： 聲學分析(1)-有限元
（2）對聲學，將聲學弱方程近似為有限元方程后得到
令權重函數采用同樣的形函數插值
代入上式得到
由于是任意的，所以得到
其中
和P僅包括未知量節點聲壓Pi，上式即是一個只包括Pi的代數方程組。
最后再聊一下聲學邊界情況，由聲學邊界條件：
同時，Abaqus和iSolver的聲學原始方程整體都除了一個，這樣邊界就只有加速度了。即聲學邊界上的載荷可以由從邊界指向聲場內部的法向加速度（inward volume acceleration）確定，所以在Abaqus或者iSolver中，都采用了該法向加速度作為聲學分析的邊界載荷。
2.4 基于iSolver結構流程的聲學有限元分析實現
一般情況聲學方程都是線性代數方程組，不需要迭代就可以求出，但因為iSolver求解器已有增量迭代法的結構求解流程，我們程序實現中還是按迭代來求解，這樣我們只要加入了聲學單元，同時求解聲學單元的剛度陣、質量陣及非平衡力，只不過一次迭代就收斂結束了。
為和Abaqus的聲學方程一致，在iSolver實際程序代碼中，我們是將原始方程*負號，表示為：
1.5 聲學有限元的卡車噪聲模型驗證
1.5.1 模型介紹
該模型分析卡車受到地面對輪胎的激勵導致的噪聲分析。該模型從鄭鈞Adam老師的Abaqus線性動力&噪音分析詳解(理論及實作) Abaqus 線性 動 力 & 噪音分析詳解 ( 理論及實作 ) 視頻教程 _ 培訓課程 - 技術鄰 (jishulink.com) 下載獲得。
由于卡車為對稱模型，所以只用建一半模型，聲音到了對稱面將全反射，但和結構分析不同，聲學有限元邊界默認全反射，所以在此對稱面無需任何額外設置。腔體內為空氣材料，全域劃分為四面體聲學網格，供11681個單元。
展開 【資料】基于聲學有限元FEM Acoustics的聲學散射分析方法
基于聲學有限元FEM Acoustics的聲學散射分析方法
- 聲學有限元計算快，支持直接聲振耦合，所以可計算更高頻率和精確考慮局部阻尼效應等
- 但LMS Virtual.Lab聲學有限元不支持直接散射場計算，那在FEM模塊如何獲得純散射聲場（Scattering Field Only）？
來自西門子工業軟件（北京）有限公司 詹福良博士的資料。
PDF文檔下載：
基于聲學有限元FEM Acoustics的聲學散射.pdf
水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，之前寫過采用act插件實現，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)</a>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經帶有聲學<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 ABAQUS聲學問題文檔
ABAQUS聲學問題.pdf
利用ABAQUS聲學建模問題.pdf
剛找到的兩個文檔，還不錯，分享給大家~
聲學分析分析軟件Actran產品評測地址
聲學分析分析軟件Actran產品評測地址：
http://product.caenet.cn/ShowProduct.aspx?ID=87
聲學分析分析軟件Actran產品評測地址
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平板的聲學分析
本文對平板進行諧響應分析，在板的上部中心位置施加1000N 的力，頻率范圍為530－540Hz，并求得其聲壓分布。結果表明，在共振區域引其振動劇烈所以聲壓較大，符合事實。
本文附有源程序，不過有些地方需要手動操作一下（其中已說明）。
下圖為共振頻率時的聲壓分布：
平板的聲學分析.rar
聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
案例53-MEMS麥克風的聲學分析
聲學邊界條件和載荷
在結構和電氣載荷（溫度和直流偏壓）下進行靜態分析后，進行線性擾動諧波分析，以分析麥克風在輸入壓力波下的響應。在這方面，在聲音端口入口上施加了0.01 m/s的速度和無限輻射邊界。
分析和求解控制
靜態分析
進行大變形（NLGEOM，ON）靜態分析，以在施加溫度下將拉伸應力插入膜中，并在氣隙的膜側引入DC電壓。
在該分析中忽略了聲學單元，但使用了MORPH命令來變形聲學單元，以便為下游線性擾動分析正確地成形聲學單元。在morphi命令上設置StrOpt=YES允許在模型中使用結構單元進行變形：
預應力全諧波響應分析
使用對數跨度選項從20到20000 Hz進行頻率掃描。
在該諧波響應分析中，使用線性攝動法來包括預應力效應；考慮0.45V的DC偏置電壓效應。聲速施加在聲端口入口上，導致膜振動：
結果和討論
靜態分析結果
靜態分析主要用于通過施加直流電壓對結構施加預應力，但也可用于對氣隙的電容（C=電荷/電壓）進行后處理。
預應力全諧波響應分析結果
麥克風可以在可聽頻率帶寬內工作；因此，在此范圍內分析麥克風的靈敏度。靈敏度將輸出電信號表征為施加壓力的函數。理想情況下，靈敏度在頻率范圍內是恒定的，這跟本例的情況幾乎是這樣的：
建議
設置靜電結構和聲學計算時，考慮以下提示和建議：
• 在進行線性擾動諧波分析之前，需要進行預應力分析。
• 聲學網格應足夠精細，以正確捕捉壓力波。
• 為了說明靜態結構分析產生的變形，使用靜態分析中的MORPH命令在聲學流體中變形網格。
參考文獻
Dehé, A. (February, 2007).
展開 聲學仿真專題 | 直管的聲腔模態分析
1 建模
兩端封閉直管內的空氣模型如下圖所示：
2 材料參數
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
聲腔模態分析的設置如下：
5 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
6 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
7 兩端封閉直管改為一端封閉、一端打開
只需要在分析設置上稍作修改，兩端封閉的直管就可以變為一端封閉一端打開的直管，如下圖所示：
8 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
9 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
10 兩端封閉直管改為兩端打開
只需要在分析設置上稍作修改，兩端封閉的直管就可以變為兩端打開的直管，如下圖所示：
11 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
12 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
展開 平板的聲學分析
本文對平板進行諧響應分析，在板的上部中心位置施加1000N 的力，頻率范圍為530－540Hz，并求得其聲壓分布。結果表明，在共振區域引其振動劇烈所以聲壓較大，符合事實。
本文附有源程序，不過有些地方需要手動操作一下（其中已說明）。
下圖為共振頻率時的聲壓分布：
平板的聲學分析.rar
