abaqus頻響曲線
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus頻響曲線的實例教程
01
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Klippel Scanner計算頻響曲線
一款常見單元的Klippel Scanner計算得到的頻響曲線，AAL和Total SPL。
其Total SPL1k以后的谷位非常深，根本不像實際的產(chǎn)品。
另外以兩款環(huán)狀膜片壓縮高音為例進行說明。
下面是測試方法圖示：
兩款不同壓縮高音，Klippel Scanner計算的頻響曲線如下：
其中藍色是Total SPL頻響，紅色是Scanner計算AAL頻響。
02
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頻響曲線差異分析
和產(chǎn)品實測的頻響曲線對比來看，計算和實測頻響曲線存在一定差異。
首先，從測試方法來說
半透明材料的反射率是一個問題。
高頻段計算需要更密集的取點。
另外更重要的，從原理來考慮：
激光測試的膜片位移只是音圈運動方向的位移。垂直音圈方向的位移并不能被測量。因而其高頻段的實際結(jié)構(gòu)振動與Scanner測試是存在一定差異的。
另外，從Scanner計算頻響的方式來說，是采用對每一點的聲壓貢獻進行瑞利積分得到的。這種積分方式，相對于考慮聲傳播過程的方式(比如利用有限元方法求解)，會存在一定差異，尤其是在高頻段，因為沒有考慮聲波傳遞過程。當膜片較深時，差異會更大。所以深錐低音揚聲器的高頻計算和實測差異會比較大。
通過模擬Scanner使用的積分方法和聲學(xué)波動有限元兩種計算方式，可以復(fù)現(xiàn)以上現(xiàn)象。
03
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結(jié)論
每一種測量/仿真方法都有其局限性。不必過于迷信某一種。要清楚其局限到底在哪，背后的原理是什么。
展開 這種結(jié)構(gòu)在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態(tài)共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
其中一種改善的思路是在相位塞中挖一個空腔，空腔內(nèi)部可以填充吸音阻尼材料，并同時在空腔上增加穿孔蓋板。這種方式相當于增加了一個旁路的赫姆霍茲共鳴腔，等效于一個濾波器。
02
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實際產(chǎn)品仿真與實測
下面是我開發(fā)的一款實際產(chǎn)品仿真與實測，改善前和改善后的結(jié)果。
目前帶反射錐的樣品在3kHz附近存在一個非常高的峰。下圖是仿真和實測的對比。峰谷的位置吻合得還不錯。
首先仿真改善前后，大概能將峰降低9dB，谷也會略填平。
實測對比改善前后的頻響曲線。發(fā)現(xiàn)確實改善很多。
改善后的仿真實測對比結(jié)果。吻合得還不錯。
嘗試用不同的阻尼材料，發(fā)現(xiàn)不同阻尼材料對頻響曲線存在一定的影響。
展開 基于Abaqus軟件，做了一個較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的頻響分析，把完整步驟進行了敘述，供大家參考！
Abaqus頻響分析完整過程.part1.rar
Abaqus頻響分析完整過程.part2.rar
另外，關(guān)于頻響分析，有人總結(jié)了一下就是：結(jié)構(gòu)在某頻率的載荷的往復(fù)作用下結(jié)構(gòu)的振動情況，主要是在頻域下進行考察的，這樣可以看出結(jié)構(gòu)對不同頻率的敏感程度和不同頻率段下結(jié)構(gòu)的薄弱部位，用來指導(dǎo)結(jié)構(gòu)減振設(shè)計等。具體內(nèi)容較多，找了個較好的講解文件，見附錄，大家參考。
頻率響應(yīng)分析法.rar
基于Abaqus軟件，做了一個較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的頻響分析，把完整步驟進行了敘述，供大家參考！
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頻率響應(yīng)分析法.part1.rar
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反應(yīng)在特定的激勵作用下的單自由度系統(tǒng)的最大響應(yīng)（最大振幅、速度、加速度或者其它的量）隨自然頻率（或者自然周期）變化的曲線，稱為響應(yīng)譜 (response spectrum)。因為所繪的是最大響應(yīng)對固有頻率的關(guān)系曲線，所以響應(yīng)譜提供了所有可能的單自由度系統(tǒng)的最大響應(yīng)。
一旦得到了對應(yīng)于某一特定激勵的響應(yīng)譜，只需要知道系統(tǒng)的固有頻率就可以求出它的最大響應(yīng)。
無阻尼單自由度系統(tǒng)的運動微分方程為：
其中，ω 是圓頻率。該方程的解由通解xc(t ) 和特解xp(t ) 兩部分組成，即：
將x(t ) 代入微分方程可得
其中，A 和B 為常數(shù)，ωn 是系統(tǒng)的固有頻率：
將以下初始條件代入上式，
即可確定常數(shù)A和B
因此，x(t ) 可表達為
此即為單自由度系統(tǒng)無阻尼強迫振動的精確解。從此解答中求得最大值，即為在特定固有頻率和載荷譜下的響應(yīng)譜。
在ABAQUS中，響應(yīng)譜分析是分為兩步完成的，第一步需要設(shè)置一個頻率提取分析步，提取結(jié)構(gòu)的前幾階固有頻率；在第二個分析步中設(shè)置響應(yīng)譜分析。
值得注意的是，譜分析的激勵是在step中加載的，不需要在load中進行設(shè)置。
下載地址：Abaqus頻響分析完整過程
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反應(yīng)在特定的激勵作用下的單自由度系統(tǒng)的最大響應(yīng)（最大振幅、速度、加速度或者其它的量）隨自然頻率（或者自然周期）變化的曲線，稱為響應(yīng)譜 (response spectrum)。因為所繪的是最大響應(yīng)對固有頻率的關(guān)系曲線，所以響應(yīng)譜提供了所有可能的單自由度系統(tǒng)的最大響應(yīng)。
一旦得到了對應(yīng)于某一特定激勵的響應(yīng)譜，只需要知道系統(tǒng)的固有頻率就可以求出它的最大響應(yīng)。
無阻尼單自由度系統(tǒng)的運動微分方程為
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聲濾波器
因為目前智能音箱越來越火，產(chǎn)量非常大。很多產(chǎn)品希望形成360°的全方位聲場覆蓋，使得每個方向聽到的聲音是一致的。所以在揚聲器前端增加了反射錐。
這種結(jié)構(gòu)在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態(tài)共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
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Klippel Scanner計算頻響曲線
一款常見單元的Klippel Scanner計算得到的頻響曲線，AAL和Total SPL。
其Total SPL1k以后的谷位非常深，根本不像實際的產(chǎn)品。
另外以兩款環(huán)狀膜片壓縮高音為例進行說明。
下面是測試方法圖示：
兩款不同壓縮高音，Klippel Scanner
1、創(chuàng)建分析步，規(guī)定激振頻帶范圍及頻率步的大小；
2、編輯分析步一步中，表達的內(nèi)容是掃頻范圍時0到1600Hz，頻率步為4Hz，總共有401個激勵頻率；
3、到此為止，分析步里面的設(shè)置完畢，該去載荷那一步里面去設(shè)置了；
4、加集中力，CF1是x方向的載荷，CF2是Y方向的載荷，我要加Z方向的載荷就要在CF3里面設(shè)置，實部代表cos(wt)，虛部代表sin(wt)，這里在實部填1就代表我施加的載荷為
基于Abaqus軟件，做了一個較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的頻響分析，把完整步驟進行了敘述，供大家參考！
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另外，關(guān)于頻響分析，有人總結(jié)了一下就是：結(jié)構(gòu)在某頻率的載荷的往復(fù)作用下結(jié)構(gòu)的振動情況，主要是在頻域下進行考察的，這樣可以看出結(jié)構(gòu)對不同頻率的敏感程度和不同頻率段下結(jié)構(gòu)的薄弱部位，用來指導(dǎo)結(jié)構(gòu)減振設(shè)計等。具體內(nèi)容較多
基于Abaqus軟件，做了一個較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的頻響分析，把完整步驟進行了敘述，供大家參考！
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