ansys振動(dòng)聲輻射的案例
【轉(zhuǎn)載分享】微型揚(yáng)聲器膜片的振動(dòng)與輻射
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原文是作者張亞?wèn)|在聲學(xué)樓論壇七周年的講稿。
微型揚(yáng)聲器膜片的振動(dòng)與輻射
微型揚(yáng)聲器膜片的振動(dòng)與輻射
之前的文章有提到不同的揚(yáng)聲器低頻失真的數(shù)值仿真方法。可以利用comsol等多物理場(chǎng)有限元仿真軟件進(jìn)行耦合求解，計(jì)算量比較大。
matlab耦合simulink建模進(jìn)行非線性仿真。
【揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真】揚(yáng)聲器失真仿真
簡(jiǎn)化后，進(jìn)行迭代解析求解的方法
一種新的揚(yáng)聲器單元低頻非線性模型的迭代求解法
那篇文章采用matlab耦合simulink建模，是因?yàn)楸容^直觀，容易修改而已，直接用matlab也是一樣。為求盡可能準(zhǔn)確，采用的是單頻點(diǎn)的正弦信號(hào)作為激勵(lì)，而且有matlab和simulink相互傳遞數(shù)據(jù)的過(guò)程，所以求解時(shí)間會(huì)略長(zhǎng)。
這篇文章嘗試使用不同激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行揚(yáng)聲器低頻失真的數(shù)值仿真。仿真工具matab。使用的求解方法是經(jīng)典四階龍格庫(kù)塔法。 計(jì)算比上面的方法快了很多。 其實(shí)就是網(wǎng)上扒了現(xiàn)成的四階龍格庫(kù)塔法的matlab實(shí)現(xiàn)方法，然后再把方程改成揚(yáng)聲器的二階非線性微分方程就行了。
輸入電壓激勵(lì)信號(hào)可以選擇：?jiǎn)吸c(diǎn)掃頻，連續(xù)對(duì)數(shù)掃頻，白噪，粉噪，脈沖信號(hào)，multitone等等。電壓幅值盡可能大，以激發(fā)揚(yáng)聲器較大失真。
展開(kāi) 揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms以及有效輻射面積Sd
一般的參考書(shū)籍中很少專門(mén)提到揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms以及有效輻射面積Sd的具體計(jì)算方法。
實(shí)際操作過(guò)程中，大部分工程師都是采用假設(shè)折環(huán)正中一半的振動(dòng)質(zhì)量參與有效振動(dòng)以及正中的尺寸參與有效輻射。 對(duì)大口徑的低音喇叭來(lái)說(shuō)，這種方法得到的揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量以及有效輻射面積，大部分情況下足夠近似。 但對(duì)某些特殊情況，或者微型揚(yáng)聲器/高音/壓縮高音等小口徑/對(duì)這兩個(gè)參數(shù)非常敏感的產(chǎn)品則這種粗略的方法偏差較大。
本文希望探討這兩個(gè)揚(yáng)聲器的TS關(guān)鍵參數(shù)的具體表達(dá)方式，以及如何預(yù)測(cè)計(jì)算和實(shí)際測(cè)量。
一、揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms
折環(huán)/支片等可以類比彈簧的部件參與有效振動(dòng)的質(zhì)量為其本身質(zhì)量的1/3。前提：該部件為均勻均厚且各項(xiàng)同性的材質(zhì)。
具體推導(dǎo)過(guò)程可以參看南京大學(xué)《聲學(xué)基礎(chǔ)》第一章的內(nèi)容。
二、揚(yáng)聲器有效輻射面積Sd
精確測(cè)量/預(yù)測(cè)揚(yáng)聲器有效輻射面積Sd是非常關(guān)鍵的，尤其對(duì)于微型揚(yáng)聲器/高音/壓縮高音。
在這其中，Klippel公司做了一些工作。可以采用Klippel的Scanner模塊對(duì)Sd進(jìn)行精確測(cè)量。另外還有一些近似預(yù)估的測(cè)量方法。 當(dāng)然，知曉其原理后，也可以通過(guò)有限元進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。
其原理就是將振膜整體運(yùn)動(dòng)移動(dòng)的空氣體積△V，除以其△x，即得到振膜的等效Sd。不同頻率下的Sd是略有差異的。
當(dāng)然實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程不會(huì)這么簡(jiǎn)單。大信號(hào)狀態(tài)下的有效輻射面積會(huì)發(fā)生變化；存在分割振動(dòng)的模態(tài)時(shí)，有效輻射面積也會(huì)發(fā)生變化。 但對(duì)小信號(hào)狀態(tài)下的Sd預(yù)估是足夠精確的。
更多優(yōu)質(zhì)精彩內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注：揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真
展開(kāi) 揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms以及有效輻射面積Sd
一般的參考書(shū)籍中很少專門(mén)提到揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms以及有效輻射面積Sd的具體計(jì)算方法。
實(shí)際操作過(guò)程中，大部分工程師都是采用假設(shè)折環(huán)正中一半的振動(dòng)質(zhì)量參與有效振動(dòng)以及正中的尺寸參與有效輻射。 對(duì)大口徑的低音喇叭來(lái)說(shuō)，這種方法得到的揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量以及有效輻射面積，大部分情況下足夠近似。 但對(duì)某些特殊情況，或者微型揚(yáng)聲器/高音/壓縮高音等小口徑/對(duì)這兩個(gè)參數(shù)非常敏感的產(chǎn)品則這種粗略的方法偏差較大。
本文希望探討這兩個(gè)揚(yáng)聲器的TS關(guān)鍵參數(shù)的具體表達(dá)方式，以及如何預(yù)測(cè)計(jì)算和實(shí)際測(cè)量。
一、揚(yáng)聲器有效振動(dòng)質(zhì)量Mms
折環(huán)/支片等可以類比彈簧的部件參與有效振動(dòng)的質(zhì)量為其本身質(zhì)量的1/3。前提：該部件為均勻均厚且各項(xiàng)同性的材質(zhì)。
具體推導(dǎo)過(guò)程可以參看南京大學(xué)《聲學(xué)基礎(chǔ)》第一章的內(nèi)容。
二、揚(yáng)聲器有效輻射面積Sd
精確測(cè)量/預(yù)測(cè)揚(yáng)聲器有效輻射面積Sd是非常關(guān)鍵的，尤其對(duì)于微型揚(yáng)聲器/高音/壓縮高音。
在這其中，Klippel公司做了一些工作。可以采用Klippel的Scanner模塊對(duì)Sd進(jìn)行精確測(cè)量。另外還有一些近似預(yù)估的測(cè)量方法。 當(dāng)然，知曉其原理后，也可以通過(guò)有限元進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。
其原理就是將振膜整體運(yùn)動(dòng)移動(dòng)的空氣體積△V，除以其△x，即得到振膜的等效Sd。不同頻率下的Sd是略有差異的。
當(dāng)然實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程不會(huì)這么簡(jiǎn)單。大信號(hào)狀態(tài)下的有效輻射面積會(huì)發(fā)生變化；存在分割振動(dòng)的模態(tài)時(shí)，有效輻射面積也會(huì)發(fā)生變化。 但對(duì)小信號(hào)狀態(tài)下的Sd預(yù)估是足夠精確的。
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展開(kāi) 
基于ANSYS經(jīng)典界面的雙波導(dǎo)的聲輻射分析
該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)波導(dǎo)管和一個(gè)被吸聲材料所封閉的長(zhǎng)方體空間構(gòu)成。現(xiàn)在這兩個(gè)波導(dǎo)管的進(jìn)口段各施加頻率是1360HZ，振幅是1PA的聲壓波。現(xiàn)在要求整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聲壓分布，并重點(diǎn)比較幾個(gè)對(duì)稱點(diǎn)處聲壓的大小和相位。
【問(wèn)題分析】
1. 這是一個(gè)諧響應(yīng)分析問(wèn)題。
2. 由于涉及到聲場(chǎng)和邊界層，而且是三維的規(guī)則空間結(jié)構(gòu)，所以使用FLUID220單元，并分別給定不同的關(guān)鍵字，以表達(dá)聲場(chǎng)主體和邊界層。為了方便建模，先用MESH200建模四個(gè)面，然后通過(guò)拉伸的方式形成上述兩個(gè)區(qū)域。
3. 對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)設(shè)置壓力為零的聲-軟邊界條件。
4. 在兩個(gè)波導(dǎo)管的進(jìn)口處設(shè)置壓力激勵(lì)源。
5. 用POST1繪制聲壓云圖，而用POST26取出幾個(gè)對(duì)稱點(diǎn)的聲壓，進(jìn)行比較。
6. 本例子來(lái)自于ANSYS15聲場(chǎng)分析的例子《13.9. Example: Radiation from Two Waveguides》，為方便講解，對(duì)命令流進(jìn)行了調(diào)整，并在后處理中加入了云圖顯示。
7. 本例使用命令流進(jìn)行講解。
【求解步驟】
1. 建模
1.1 選擇單元類型
在命令窗口中輸入
/prep7
et,11,200,7
et,1,220,,1
et,2,220,,1,,1
上述命令首先進(jìn)入了前處理器
然后定義了三種單元，其中
200是MESH200，用于定義面單元。該單元主要是為了創(chuàng)建其它體單元做過(guò)渡。用完后就會(huì)清除掉。
220是FLUID220，其中第3行的該單元用于域內(nèi)，建模空氣；而第4行用于建模邊界，表達(dá)網(wǎng)格截?cái)唷?1.2 創(chuàng)建材料模型
在命令窗口中輸入
c0=340
mp,dens,1,1.
mp,sonc,1,c0
上述命令用于定義材料的密度和聲速。
展開(kāi) Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調(diào)諧分析噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度
噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）是電機(jī)設(shè)計(jì)與性能的關(guān)鍵因素。過(guò)高的NVH會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短、維護(hù)成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設(shè)計(jì)階段早期解決NVH挑戰(zhàn)至關(guān)重要，以避免設(shè)計(jì)階段后期出現(xiàn)重大NVH問(wèn)題。
電機(jī)NVH分析本質(zhì)上是一個(gè)結(jié)合了電磁和機(jī)械分析的、復(fù)雜的多物理場(chǎng)問(wèn)題——因?yàn)殡姍C(jī)NVH問(wèn)題通常源于電磁力與結(jié)構(gòu)組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機(jī)的電磁和機(jī)械屬性對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其NVH性能至關(guān)重要。
Ansys Motor-CAD電機(jī)設(shè)計(jì)工具是一款專用解決方案，可用于在整個(gè)扭矩-速度范圍內(nèi)對(duì)電機(jī)進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個(gè)用戶界面中評(píng)估電磁、熱和機(jī)械性能。將電磁和機(jī)械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實(shí)現(xiàn)快速NVH分析，從而促進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化。這種方法使用戶能夠調(diào)整關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（例如繞組配置、轉(zhuǎn)子和定子幾何結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)材料），并快速評(píng)估其對(duì)NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。
為了進(jìn)行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機(jī)械模型，將定子幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的環(huán)形結(jié)構(gòu)。然而，其在剛度計(jì)算方面有局限性。例如，當(dāng)齒底較寬時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結(jié)構(gòu)會(huì)影響定子軛剛度。
圖1：具有寬齒底的定子
圖2比較了未調(diào)諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機(jī)在Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）軟件中的結(jié)果。Motor-CAD解析模型可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)由三階力諧波激勵(lì)的第0階模態(tài)（膨脹模態(tài)）。然而，由于寬齒底對(duì)定子軛剛度的影響，它無(wú)法有效預(yù)測(cè)由二階力諧波分量激勵(lì)的第6階模態(tài)（六邊形模態(tài)）。
展開(kāi) 電機(jī)設(shè)計(jì) | 利用Ansys Motor-CAD NVH調(diào)諧分析噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（內(nèi)含演示視頻）
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級(jí)應(yīng)用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）是電機(jī)設(shè)計(jì)與性能的關(guān)鍵因素。過(guò)高的NVH會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短、維護(hù)成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設(shè)計(jì)早期階段解決NVH挑戰(zhàn)至關(guān)重要，以避免設(shè)計(jì)階段后期出現(xiàn)重大NVH問(wèn)題。
電機(jī)NVH分析本質(zhì)上是一個(gè)結(jié)合了電磁和機(jī)械分析的、復(fù)雜的多物理場(chǎng)問(wèn)題——因?yàn)殡姍C(jī)NVH問(wèn)題通常源于電磁力與結(jié)構(gòu)組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機(jī)的電磁和機(jī)械屬性對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其NVH性能至關(guān)重要。
Ansys Motor-CAD電機(jī)設(shè)計(jì)工具是一款專用解決方案，可用于在整個(gè)扭矩-速度范圍內(nèi)對(duì)電機(jī)進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個(gè)用戶界面中評(píng)估電磁、熱和機(jī)械性能。將電磁和機(jī)械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實(shí)現(xiàn)快速NVH分析，從而促進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化。這種方法使用戶能夠調(diào)整關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（例如繞組配置、轉(zhuǎn)子和定子幾何結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)材料），并快速評(píng)估其對(duì)NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。
為了進(jìn)行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機(jī)械模型，將定子幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的環(huán)形結(jié)構(gòu)。然而，其在剛度計(jì)算方面有局限性。例如，當(dāng)齒底較寬時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結(jié)構(gòu)會(huì)影響定子軛剛度。
圖2比較了未調(diào)諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機(jī)在Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）軟件中的結(jié)果。
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