abaqus聲學模擬的案例
基于comsol的壓力聲學-熱黏性聲學模塊模擬一種具有多階吸聲的低頻寬帶薄超表面
近年來，聲學超材料發展迅速，具有前所未有的優異低頻性能。已經設計了一系列亞波長厚度的超材料，以實現對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學超材料，它可以通過增加聲路來實現極端的吸聲性能。然而，由于諧振特性，大多數超材料只能在窄頻帶內獲得良好的吸收性能，這限制了實際應用。
研究內容：
我們提出了一種具有多級吸聲的薄多單元超表面的理論和實驗實現，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內表現出連續的近乎完美的吸收光譜。超表面單元是穿孔復合亥姆霍茲諧振器（PCHR），其通過將一個或多個帶有小孔的分離板插入亥姆霍茨諧振器（HR）的內部來構造。可以實現多階吸聲機制，使得在原始吸收峰值和結構尺寸不變的情況下，通過PCHR單元在更高的頻率下獲得多個接近完美的峰值。
圖1.PCHR裝置的三維視圖及xy平面截面圖
圖2.二階PCHR單元（藍色）和原始HR（紅色）的吸聲系數
數值模擬：
為了驗證這一理論模型，使用商業軟件COMSOL Multiphysics開發了一個數值模擬模型。由于粘性摩擦和熱傳導對聲能量耗散有很大影響，本模型采用壓力聲學-熱黏性聲學相互作用模塊。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）吸聲系數計算
圖5顯示了PCHR仿真復現的吸聲系數，數值模型計算的吸聲系數與原文中結果相比顯示出了良好的一致性。
展開 【資料】FLUENT大渦模擬及聲學分析官方實例
fluent噪聲培訓資料(上11).pdf
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
2.4.2 iSolver虛擬質量結果
iSolver中將矩形板劃分為0.5大小網格，單面加無限深水時，iSolver基頻結果：
? *網格大小影響不是很大，如果劃分成0.25，頻率基本不變
前10階如下
2.4.3 Nastran虛擬質量結果
在iSolver中將模型一鍵輸出bdf到Nastran，由于Nastran的MFluid關鍵詞中沒找到不設置自由面的方法，所以直接設了一個108的深度，對10X5米的板來說自由面影響基本可忽略，得到基頻6.57Hz：
2.4.4 Abaqus結構+聲學有限元濕模態結果
Abaqus用聲學有限單元模擬流體結果，水密度設置為1025，用Tie將板結構和聲學單元綁定，為排除水域尺寸的影響，參考相關文件，取12倍結構尺寸的水域，Abaqus中分析后三階頻率分別為5.9085，11.605，21.349
2.4.5 SAM、Nastran和Abaqus單側加水濕模態比較
將上述三個軟件得到的濕模態的結果匯總到一個表中，可發現iSolver和Nastran的MFluid相比基頻較小，但和Abaqus基于結構和聲學有限元的基頻更接近。2、3階頻率基本一致。我們一直沒找到單面加水的矩形板的模態理論值或者試驗值，雖然我們的基頻結果更接近Abaqus，但實際使用模態分析的時候，用戶更關心的是和Nastran的對標，只可惜一致沒找到Nastran的MFluid的后臺真實的理論修正方法，如果你恰好也做過基于虛擬質量的濕模態，可以嘗試一下這個算例結果，或者下載我們的軟件對比一下，看看是不是也是這種情況，有問題我們可以一起校核。
展開 ANSYS軟件在模擬分析聲學換能器中的應用
aANSYS是通常用于分析和設計聲學換能器的有限元軟件之一,通過實例給出分析聲學換能器的處理過程,包括建模、施加載荷、設置求解選項、使用后處理器、以及獲得換能器振動輻射參數的一般過程,并涉及寬帶換能器、矢量換能器的發射與接收問題,對ANSYS有限元軟件模擬換能器的一些經常遇到的問題細節的處理方法做了較全面的概括。還簡要討論了流體中結構模態分析的一般處理方法,對結果數據進行數學運算操作并獲得換能器的特性參數等等。
ANSYS軟件在模擬分析聲學換能器中的應用.pdf
Abaqus聲學分析
材料屬性設定
Abaqus中模擬聲音傳播的材料需要的物性參數為兩個，Density和Acoustic Medium，分別輸入密度和體積模量（因為聲波是縱波），如下圖：
這里輸入了空氣的材料性能。在Abaqus中聲速公式統一用來計算，這本就是液體的聲速公式。密度沒什么問題，關鍵是體積模量k。對于氣體中的聲速，就有K=rP，P是壓強，r為絕熱系數，如該氣體可認為是理想氣體，則其絕熱系數r就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即；固體中聲速的計算公式為，于是就有，是泊松比。
材料對聲能的吸收可以用Volumetric Drag coefficient來描述，其表達式為，F是力，V是體積，v是速度。它可以使聲強隨距離以指數規律衰減，可以輸入成一個隨頻率變化的參數。
5. 求解類型設定
在Abaqus中求解類型在Step中設定，Procedure type 選擇 Linear perturbation，一般用 Steady-state dynamics, Direct 方法。
Lower Frequency為求解的最低頻率，Upper Frequency 為求解的最高頻率，Number of Points 為求解的頻率點個數，Bias控制這些點的分布規律。
6. 邊界條件設定
在Interaction中輸入聲場求解區域與外部空間的相互作用。缺省的外部邊界條件為剛性壁面邊界條件。首先要創建接觸屬性Acoustic impedance ，Impedance是聲阻抗，Admittance是聲導納，它們互為倒數，都是復數值。如果將導納設為0，則為剛性壁面屬性，與不加任何邊界條件效果相同。編輯Interaction中Nonreflecting為設置完全吸收邊界條件的選項。
7.
展開 Exa新的空氣聲學模擬技術——流致噪聲檢測
由Exa公司開發的一項革命性的新技術，可以在模擬中清楚地識別出空氣聲學噪聲源。
這個正在申請專利的功能叫做FIND（流致噪聲檢測）是在Exa power聲學軟件中實現的。Exa的聲學應用高級主管Franck Perot說:“以前的方法從如何從流動結果中提取實際信息，以減少噪音，這需要大量的培訓。Exa的工程師已經實現了先進的算法，可以量化流中的每一個單獨的渦流。”
FIND功能還可以分析設計的流體流動，并突出顯示每個區域的不同噪音水平。這使得工程師能夠識別出輻射噪聲的主要來源。在設計修改之前和之后也可以聽到產生的噪音，這樣可以聽到改進之后的效果。Perot說：“為了驗證這個技術，我們測試了大量的測試用例和生產案例，這些測試用例的噪音水平是通過測量得到的，并運行了PowerFlow以獲得參考模擬結果。
在這一點上，我們知道FIND所預測的噪聲源是正確的。我們下一步要做的是查看不同的修改，以檢查工具是否確實能夠指導設計。當我們檢查FIND的輸出功率時，我們在分貝差異方面得到了正確的趨勢，這讓我們有信心去描述不同的設計。”FIND對于預測諸如溫室或底盤風噪聲、HVAC和風機噪聲或來自排氣系統的噪聲的噪聲源特別有用。在與Exa的密切合作下，寶馬集團已經使用新工具對完整的HVAC系統進行了空氣聲學評估。寶馬此前曾發現，通過諸如管道或鼓風機等獨立部件的流動分析，對整個系統的聲學性能給出了不完全的信息。更糟糕的是，人們發現，僅僅根據它產生的聲音來決定改進哪個子系統是錯誤的。
通過使用PowerFlow的瞬態模擬作為分析完整的HVAC系統的基礎，寶馬工程師不僅能夠看到聲音是如何產生的，也能看到聲音是如何通過系統傳播到乘客的耳朵的。FIND模型通過對生成的聲功率進行定位、量化和排序，從而為系統內的降噪改進提供了更復雜、更準確的視角。
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~
Abaqus聲學分析實例分享
材料屬性設定
Abaqus中模擬聲音傳播的材料需要的物性參數為兩個，Density和Acoustic Medium，分別輸入密度和體積模量（因為聲波是縱波），如下圖：
這里輸入了空氣的材料性能。在Abaqus中聲速公式統一用下式來計算。
這本就是液體的聲速公式。密度沒什么問題，關鍵是體積模量k。對于氣體中的聲速
有K=rP，P是壓強，r為絕熱系數，如該氣體可認為是理想氣體，則其絕熱系數r就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即
固體中聲速的計算公式為
于是就有
式中，σ 是泊松比。
材料對聲能的吸收可以用Volumetric Drag coefficient來描述，其表達式為
式中，F 是力，V 是體積，v 是速度。它可以使聲強隨距離以指數規律衰減，可以輸入成一個隨頻率變化的參數。
4. 求解類型設定
在Abaqus中求解類型在Step中設定，Procedure type選擇Linear perturbation，一般用 Steady-state dynamics，Direct 方法。
Lower Frequency為求解的最低頻率，Upper Frequency為求解的最高頻率，Number of Points 為求解的頻率點個數，Bias控制這些點的分布規律。
5.
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42： 聲學分析(1)-有限元
現階段我們只討論聲學物理場，由于聲學涉及的問題較多，我們僅限于和實際工作中用到的和結構強相關的部分內容，水平有限，同時對聲學理論等理解的也不夠透徹，可能有很多問題，大家有疑問也歡迎多討論。我們分幾篇文章來說明，本篇是聲學分析（1）-有限元，講述聲學的一些基本分析算法，并著重介紹聲學有限元的計算方法和融入到結構流程的關鍵問題，在iSolver中根據這些算法實現了聲模態和穩態等聲學有限元分析流程，可發現iSolver的計算結果和Abaqus沒有誤差，以此驗證公式的正確性。
1.1 聲學基本分析算法
每種學科的數值計算都有很多種，聲學也不例外，在Virtual.Lab、VA One、Actran等聲學商業CAE軟件中，聲學有限元、邊界元和統計能量法是主流。
1.1.1 聲學有限元
大家做過結構有限元中的振動波的問題就知道，想要模擬波的傳播，那么有限元的網格就需要滿足一定的要求，一般網格大小要<波長的1/20，也就是一個周期內有二十個點才能近似模擬出一條正弦曲線，下面圖就是20個點組成的sin曲線，要是點少了就很難看出是正弦曲線了。
展開 ABAQUS案例：CFRP加固H型鋼梁有限元模擬 ￥19.89
1.部件創建
1.1.1選擇模塊，點擊（創建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.1.2.點擊創建線，輸入如下坐標
1.1.3.點擊鼠標中鍵，輸入拉伸深度2000，得到工字鋼模型。
1.2.1點擊（創建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Shell】，【Type】選擇【Planar】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.2.2點擊創建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，1000）。點擊鼠標中鍵，得到CFRP模型。
1.3點擊（創建部件）按鈕，名稱輸入【diankuai】
【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
點擊創建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，54）點擊鼠標中鍵，點擊鼠標中鍵，拉伸深度為30.
2.材料定義與指派
2選擇模塊，定義材料屬性
2.1.1點擊創建材料，輸入材料名稱Q235.點擊【Mechanical】，再點擊【Elasticity】→【Elastic】，定義彈性模量輸入2e5，泊松比輸入0.2。
2.1.2點擊【Mechanical】，再點擊【Plasticity】→【Plastic】，定義材料塑性參數。（
展開 
BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構關系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當Abaqus進行模擬時假設這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應。與材料的剪切柔度相比，對于大多數類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當分析對象為平面應力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關注。但是對于固體、平面應變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學性能的描述方法主要為兩類：一類是認為橡膠為連續介質的現象學描述；另一類是基于熱力學統計的方法。基于連續介質力學的本構模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學統計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數設置
3、裝配，定義分析步，采用默認的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 Abaqus管道焊接模擬&焊后熱處理（PWHT）的有限元模擬
<div contenteditable="false" width="100%"><div><p>教學視頻：<br></p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12890</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png" title="1019135902431.png" alt="1019135902431.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png
展開 激光焊模擬-熱源模型+附：ABAQUS與MSC.Marc焊接模擬的簡要對比
好消息是，通過與Simulia的工程師交流，得知ABAQUS會推出相應的焊接插件（需額外license），可實現熱源模型和逐漸激活的鼠標操作，另外支持free surface convection（FFS）和free surface radiation（RFS）。總的來說，ABAQUS的焊接模擬有點麻煩，但是這些麻煩不會讓我們放棄ABAQUS，希望達索公司能夠顧及相關應用場景。如果精力充足，本人可能開發專用的焊接插件，實現常用焊接模擬的前處理，敬請期待！
