壓力波的案例
高鐵為什么長這樣？力學，力學，還是力學！
高速列車在隧道內運行是最為復雜和惡劣的運行工況，在隧道內運行時列車的表面壓力幅值要遠遠大于列車在明線運行時的表面壓力。
當列車進入隧道時，列車前方的空氣受到擠壓，來不及從隧道口排除，壓力急劇升高，在入口處產生一個壓縮波，向隧道出口以音速傳播；當列車的車尾進入隧道時，列車后方由于隧道內空氣來不及補充，壓力急劇降低，形成一個膨脹波，這一膨脹波將掠過車體以音速向隧道出口傳播。
在隧道出口，壓縮波和膨脹波一部分會以微氣壓波的形式向外散射，另一部分發生相互轉化后反射回來向隧道入口傳播。如果隧道比較長，隧道內壓力波會反復作用于列車，使得列車表面壓力在短時間內發生劇烈變化，這種劇烈的壓力變化考驗著列車的氣密性，如果列車氣密性較差，車外的壓力波動會傳入車內，引起車內壓力發生突變，造成乘客耳鳴，影響乘坐舒適性。
同時，受隧道壓力波的影響，列車在隧道內所受的氣動力會發生不平衡的現象：我國在高鐵運營期間，發現在具有多個隧道的線路上運行時，列車輪、軌之間的磨損比完全明線運行條件下要嚴重得多；日本還發現列車在隧道中運行時尾車出現橫向擺動現象。
一般地，減小列車最大橫截面積與隧道橫截面積的比值（阻塞比），可以有效地減弱隧道壓力波的強度，這也是高速列車一直在追求“苗條”和“瘦身”的原因之一。
高速列車進入隧道后，隧道內的空氣收到擠壓，形成壓力波以音速向隧道出口方向快速推進，壓力波到達出口時，一部分壓力波以脈沖的形式向四周發射出去，同時產生爆破聲，這種波被稱為隧道微氣壓波。
微氣壓波主要是能量低于20Hz的次聲波，可傳遞到400米遠的地方，對生活在隧道附近的居民來說，這是一個令人討厭的噪聲環境。微氣壓波的大小與到達隧道口的壓力波波面的壓力變化的程度成正比，與到出口的距離成反比。壓力變化的程度又與列車進入隧道速度的3次方成正比。
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1、*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
2、*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
3、*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
4、*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
5、方向向量的創建
6、流固耦合關鍵字
7、曲線的函數表示方式
8、S-ALE創建方法及關鍵字的使用
讓你掌握又一種方式的流固耦合分析，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識
大氣層中的火球，真是空氣摩擦導致的嗎？
至于為什么高溫就能看見光呢，并不在今天研究范圍內，不過也可總結一句話幫你理解：溫度升高后其發出的電磁波波長變短，到可見光的范圍就能被人看到。
所以，飛行器的回收過程，克服高溫就十分重要。今天我們暫不講用什么技術克服高溫，先說個更基礎的：這些高溫是怎么來的？我猜你的第一反應，很可能是空氣摩擦，摩擦生熱。包括很多新聞媒體在報道時，也常用摩擦生熱這個說法。
但從空氣動力學的角度看，這說法并不準確。
摩擦力的計算公式是這樣的，大小和相對速度的平方成正比。意味著速度越大摩擦力就越大，產生的熱量也就越多。
用流體仿真軟件AICFD計算一下，航天飛行器通常是超音速飛行，我們用3馬赫數的速度做示例。
計算后，從速度云圖可以看出，前方速度小，兩側速度大，按摩擦力公式，如果摩擦生熱為主導，那么兩側溫度應該更高。
而我們再看溫度云圖，卻是前方溫度更高。這點在相關材料中也得以佐證。那么就意味著除了摩擦這個生熱的原因外，還隱藏著另外更重要產熱因素，是什么呢？
“氣動加熱”，簡單解釋是固體在氣體中高速運動壓縮氣體后被加熱。說到氣動加熱，先看看這個，熟悉嗎？初中物理的空氣壓縮引火試驗。
封閉空間，內部就是常規的空氣，向內移動活塞，壓縮空氣，對其做功，空氣內能增加，溫度升高，棉花被點燃。
總結一下，就是壓縮氣體會使其溫度升高。但你可能會想，這和氣動加熱
有什么關系啊？氣動加熱是高速物體在敞開空間中運動，而這是低速活塞壓縮密閉空間。但你把思路打開，先把密閉空間變敞開，活塞向前，空氣會跑，肯定不會被壓縮對吧，這是因為壓力波會通知前方空氣，讓其為活塞讓路。但壓力波傳播速度是聲速，如果活塞運動的速度接近甚至超過聲速呢，壓力波根本就來不及通知前方空氣。
展開 案例53-MEMS麥克風的聲學分析
問題描述
下圖顯示了MEMS麥克風的幾何結構：
麥克風由一個聲音端口組成，壓力波從該端口進入并到達膜。硅移動膜的直徑為0.6 mm，厚度為0.5μm，并且包含允許麥克風兩側壓力通風的孔。這個膜與剛性背板之間的氣隙為2.2μm（尺寸取自Czarny）。背板包含穿孔，這些穿孔在膜兩側和殼體空腔上的壓力分布中發揮作用，這也是聲學設計的一部分。
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用實體單元劃分網格。
結構體使用SOLID185單元。聲學空腔（聲端口、氣隙和殼體空腔）用FLUID30單元建模。氣隙用使用彈性空氣選項（KEYOPT（4）＝1）的SOLID226靜電結構單元（KEYOPT（1）＝1001）的一個單元層劃分網格。
材料和接觸屬性
結構材料屬性如下：
聲學材料屬性如下：
1. 根據低減縮頻率（LRF）近似，對于特定結構，考慮了粘性流體中的聲壓波與剛性壁之間的相互作用。
LRF模型由TB，AFDM命令和薄層選項定義：
電-結構材料屬性如下：
邊界條件和加載
結構邊界條件和載荷
硅襯底的基底在所有結構自由度上都受到約束。此外，對膜施加-200°C的溫度，以表示制造張力預應力。
電氣邊界條件和載荷
向膜施加1.5V的DC偏置電壓，以說明電容隨偏置電壓的變化。背板接地。
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。
展開 
管道水錘危機四伏？CFD仿真模擬為工業安全護航
圖4 單相水錘數值模型圖
圖5 單相水錘網格設置
圖6 最小開度處，閥門前后速度云圖
下圖展示了初始壓力為1bar，流速0.0666m/s的水在閥門驟停情況下的導致的壓力脈動模擬結果（紅色）和解析結果（黑色），可以看出其壓力波動從幅值到頻率都吻合良好。
圖7 單相水錘壓力脈動（上:解析結果；下:CFDPro模擬結果）
4、冷凝相變引起的水錘
對于兩相包含冷凝相變效應時的數值模擬，難點在于冷凝相變過程。以制冷系統中氨氣回路為例，如圖8，其冷凝方式主要包含：
壁面處冷凝（藍色區域）
界面處冷凝（綠色區域）
蒸汽-離散相冷凝（紅色區域）
圖8 管道中冷凝誘發的水錘的發展過程
圖8給出了水錘現象的不同階段流動情況。通常，液壓沖擊發生在氣液兩相管道中，在液相之上的氣相以較高速度流動。由于氣相于液相的相對運動導致的剪應力作用，兩相交界面易形成波浪，并最終演化成覆蓋整個管道橫截面的水錘波。上游氣相的進一步流動將水錘波推向管道底蓋。隨著被水錘波封堵的氣相被加壓，加壓的氣相最終將凝結于附近的水錘波界面或管壁上。因此，水錘波的運動不會受到任何阻力作用，并最終與底蓋碰撞，導致液壓沖擊。由于制冷系統處于低溫環境下，金屬管即使在較小液壓沖擊強度下也易發生脆性破壞。
產生液壓沖擊時會發生以下一些現象，即：液相的深度和氣相流速之間的相互作用導致的氣相壓縮和產生沿管道傳播的壓力波，氣液界面的剪切作用導致的水錘波形成和傳播，管道幾何形狀的影響，冷凝（非平衡相變）和水錘波上游氣相的增壓，水錘波下游截留的蒸汽冷凝，各種凝結機制，例如界面凝結，混合凝結和壁面凝結的相繼發生，最后氣泡破裂引起的在底蓋或流體內發生的壓力沖擊。
展開 汽車風振噪聲機理研究
引起空腔噪聲的主要機理有兩種：
壓力波反饋機制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩定的剪切層，剪切層隨來流向下游運動并失去穩定，進而產生漩渦，漩渦脫落并繼續向下游運動，當撞擊到空腔后壁面時，漩渦會破碎、耗散，產生一個向空腔開口上游擴散的脈動壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達空腔開口前緣后會誘發新的漩渦脫落，如此循環振蕩形成反饋機制。
空腔噪聲反饋機制示意圖
聲共振：對于深腔而言，噪聲的產生是由于腔口非定常渦脫落誘導的聲共振。
簡單車廂風振噪聲數值模擬
采用CFD對簡單車廂進行模擬研究。
01
建立幾何模型
選擇了3.2m*1.4m*1m的簡易車廂模型進行仿真分析，車窗開口位于車廂正中央，尺寸為0.1m*0.24m*0.015m，監測點位于車廂底部正中央。
02
計算域確定與網格劃分
為了驗證仿真的準確性，將仿真結果和風洞試驗結果進行對比，故計算域尺寸應與風洞試驗測試時的風洞尺度相當。所采用的簡易車廂模型結構非常規則，所以采用六面體網格對其進行網格劃分。附面層第一層的厚度為0.1mm，并以1.2的比例逐層生長。
展開 掌握 COMSOL MULTIPHYSICS 軟件（在線教程）
這些變形可能非常大或非常小，具體取決于流動的壓力和速度以及實際結構的材料屬性。
如果結構的變形非常小，并且時間變化也相對較慢，則流體的行為不會受到變形的很大影響，我們可以只關注固體部件中的合成應力。然而，如果時間變化很快，大于每秒幾個周期，那么即使是很小的結構變形也會導致流體中產生壓力波。這些壓力波導致振動結構發出的聲音輻射。這些問題可以被視為聲-結構相互作用，而不是流-固耦合。
此課程面向哪些人：
仿真初學者、博士生、研究人員
壓力緩沖器的基礎知識
壓力緩沖器是什么？什么時候應該使用壓力緩沖器？
有時，閥門突然打開或關閉等小疏忽會導致更大的問題，產生泵波紋或流體錘。這些問題“混淆”了壓力傳感器，使信號變得嘈雜，循環壽命縮短，在某些情況下，還會出現災難性故障。所有這些令人頭疼的問題和不可預見的成本都可以通過一個簡單的壓力緩沖器來避免，以
限制壓力瞬變的幅度
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電涌基礎知識
管道裝置每天都會發生壓力瞬變。過快地關閉花灑會引起砰砰聲，這是液體錘的癥狀。當流體流速突然變化時會發生這種情況，通常是由泵或閥門操作引起的。每當流動或運動流體的動量快速變化時，壓力波就會開始建立并通過管道傳播，導致管道振動并可能破壞敏感組件。關注公眾號“液壓說”，獲取更多液壓知識。
計算壓力瞬變的標準近似與 Joukowsky 方程，該公式確定由于流體速度變化引起的壓力變化：ΔP= -ρ√(K/ρ) ΔV
其中 Δ P 是壓力變化（有時稱為浪涌），ρ 是流體密度，√( K/ρ)是波速的保守計算，K是流體的體積模量，Δ V 是速度變化。
圖1
舉個例子，一個液壓系統在閥門前后都有傳感器（見圖1）。系統在 10 bar 下運行，流量為 3.6 lpm。然后閥門突然關閉，產生 11.2 bar 的壓力波穿過系統，該壓力波將繼續移動，直到其能量完全消散。
總體而言，未受保護的壓力傳感器存在壓力波動和氣蝕兩個問題，主要關注的是壓力波動是否會超過傳感器的超壓限制。但是，氣蝕產生的壓力可能會超過壓力波動，并且對壓力傳感器的危害更大。
展開 燃油噴射器潛在空蝕的數值預測
空化蒸汽結構落入孔室并坍塌產生高幅度的壓力波。該壓力波作用在固體表面上，如果壓力大小超過材料的屈服強度，則會導致部件破裂。在進行100小時的現場試驗中，觀察到閥體的尖端和閥門彈簧由于空穴侵蝕而受損。在圖10中可以看到在整個模擬時間期間作用在閥體上的最大壓力。
圖10 閥體上的最大坍塌壓力分布
可以清楚地看到，最大損壞可能發生在閥體的尖端，與圖11的測試結果一致，具有更高分辨率的SEM圖像的更清楚地顯示出由于空化氣泡的內爆造成的損壞模式。
圖11 100h現場試驗后閥體空化損傷SEM圖像
該方法能夠基于方程（19）預測蒸汽坍塌的最大壓力，使用基于Rayleigh-Plesset方程的簡化模型后，Fluent軟件UDF方法預測會更快，使用URANS框架后，相比基于LES模擬也快得多，因此，估計的壓力值及計算時間都表明本方法的有用性，特別是對于工業應用，可以減少燃料噴射器的設計周期時間。
展開 普通雙葉螺旋槳的壓力波動及噪聲解析
這些速度和壓力的變化將導致在螺旋槳前后形成一個高壓區和低壓區的交替區域，螺旋槳葉片通過空氣產生了周期性的壓力變化，這些壓力變化在周圍的空氣中形成了壓力波。這些壓力波隨著時間的推移，以與螺旋槳旋轉頻率相同的頻率擴散到周圍的空氣中，形成了離散頻率噪聲。
圖7是從圖5(a)、(b)、(c)的聲壓計算出的全音壓級的結果，聲壓級的轉換方法由公式(1)和(2)得出。不管旋轉頻率如何，CFD預測的聲壓值比實驗值高約2dB，存在過高評估的趨勢。
Fig. 6. FFT spectra of CFD at 10 Hz in Radial position.
Fig.7. SPL at different rotational speeds.
7．結論以及展望
本研究調查了常見的雙葉槳壓力變化和噪音問題，并確認離散頻率噪音占主導地位。此外，還清晰地觀察到由旋轉速度(f=轉速ω×葉片數B)構成的純音。發現隨著轉速的增加，純音的聲壓級也會增加。將來將研究不同環形槳的聲壓變化和噪音，以比較其靜音性。
8.
展開 小飛蟲那么輕，竟然會被車撞死
結果對比很明顯，以相同速度行駛時，廂型汽車前方產生的壓力值更高，高壓區域也更大。
這樣車前方就有更大范圍更強的壓力波，這壓力波會提前通知小蟲子逃開。
其實還有個和汽車撞小蟲子很像，但危害更大的現象，是飛機撞鳥。據國際民航組織統計，全球每年發生鳥撞飛機事件兩萬多起，造成的損失高達100多億美元。因此，機場都會安裝驅鳥設備，確保鳥類不在周邊聚集。但這么做也還不能完全避免，我們時常還是會看到飛機撞鳥后返航的新聞。不過有一點稍微讓人寬慰的是，撞鳥事故比較少造成人員傷亡，多數只是飛機受傷，造成經濟損失。
本期就到這里啦，歡迎點贊轉發，下期見~
聽力設備基于模擬的設計
Codacs 驅動器并沒有打算放大聲音（如傳統助聽器所做的一樣），而是直接增強耳蝸里面的壓力波。對于一個有正常聽力的人來說，壓力波是通過鐙骨足板的振動來產生的。由于壓力波動的關系，耳蝸內的毛細管會彎曲，然后產生由聽覺神經傳輸到大腦的微小電脈沖。
利用Codacs 系統，一個微型的驅動器可在耳蝸流體內產生放大的壓力波，從而物理上地增強聲能以補償聽力損失。為了達到這個目的，位于驅動器末端的人工砧骨要連接突出到耳蝸的人工鐙骨。活塞狀人工鐙骨的震動會引起耳蝸流體里面的壓力變化，其方式與聽小骨的運動方式非常相像。
驅動器的設計挑戰
Codacs 驅動器是一個基于平衡電樞原理的電磁轉換器（見圖1）。當電樞處于兩塊永久磁鐵的中點時，它對兩塊磁鐵的吸引力是一樣的，因此沒有施加任何凈磁力。然而，電樞一旦移動到中點之外的地方，電樞與兩塊磁鐵間的距離以及它向它們所施加的力，都不再是平等的了：電樞會被最近的一塊磁鐵所吸引。這也被稱為負彈簧剛度，因為它與正常彈簧結構所發生的情形是相反的：如果你讓彈簧變形，它往往會恢復到它原來的位置。對于Codacs 驅動器來說，隔膜就充當了一個復位彈簧的角色，防止驅動器粘住磁鐵。隔膜力和磁體力之間的精確平衡對驅動器的正常工作來說是不可缺少的：舉個例子，當膜片剛度太低的時候，氣隙會塌陷，電樞會粘在其中一塊磁鐵上。給線圈供電可以調整磁場，促使電樞向一個或兩個磁鐵運動。
根據Kennes 所說，“最初的概念可以追溯到七年前，我們在設計過程中的每一個階段都廣泛使用COMSOL。最初的想法是要建立一個用來產生振動的小型驅動器，但是我們并不知道一些關鍵元件的最小尺寸。因此第一個COMSOL 模型單純是用來幫助我們比較不同概念的可行性研究。”
展開 比聲音跑得快——社會超音速
在亞音速（比聲音跑得慢）時，壓力波跑在前，我跑在后，前方空氣受到壓力推動會提前調整適應我的到來。在超音速時，壓力波信息被我甩在后面，前方空氣不知道我的到來，我撞在空氣中，強行推動空氣形成一道激波。這就是著名的超音速特點，只有上游影響下游，下游信息不能影響上游，其實下游信息也在努力向上游傳播，只是沒有追上運動被留在了下游。
社會超音速
如果你發展很慢，跟在社會潮流之后，前方的各種條件已經具備，可以輕松地前進。如果你發展超過了社會潮流，前方還沒有做好準備，你會撞出堅挺的激波，頂著全社會的壓力前進。
比較合理的是緊緊跟隨社會潮流，不超越潮流發展速度，以最小的代價實現較高的速度。
如果你是客機只追求安穩地運輸旅客，就以亞音速飛行。如果你是火箭需要飛得更高，擺脫地球的束縛，必須達到高超音速跑到潮流的前方，與社會撞出一道強激波。
中國的人口密集，個人熱度高，都會加快潮流的傳播速度，我們可以前進更快而不遇到音障。
亞音速和超音速飛行的外形不同。亞音速飛行器，因為阻力小可以做得胖而大，用體積和裝載量取得成功，類似那些幾百強的傳統企業用體量取得成功。超音速飛行器，長得瘦而尖，好像新型企業，速度快阻力大，必須小而精，集中突破，達到超越社會潮流的速度，成為帶動社會前進的動力。
不知道我跑的是亞音速還是超音速。
請把我的聲音送到更多的朋友耳中。
本文轉自我的微信公共號“陸姐說”， 掃一掃
展開 使用 COMSOL 模擬聲-結構的相互作用
為此，我們添加一個球面波輻射 邊界節點并將其應用于球面，然后添加一個入射壓力場 子節點以指定平面波的振幅和波方向。此輻射條件允許輸出球面波以最小的反射離開建模域。當周圍環境僅僅只是域的延續時，該邊界條件是有用的。
在水域的外球形周邊邊界上指定入射平面波以表示入射聲波。
我們不需要對“固體力學”接口做任何事情。在這種情況下，默認設置將起作用，并且不需要對此純振動問題施加任何約束。通常，需要在模型中反映如何在空間中支撐固體。例如，需要對固定或限制在沿某些方向移動的固體的任何部分都進行建模。這些約束將影響固體的振動行為，因此不能忽略。但是，對于這個概念性示例，我們將保持簡單并使用默認值。
讓我們轉到網格劃分部分。波動問題的網格劃分經驗是每個波長中至少有五到六個二階網格單元，以便得到解析波。壓力聲學和固體力學物理場接口默認情況下都使用二階拉格朗日單元，因此我們需要將最大單元大小設置為波長的五分之一或更小。對于此示例，我們使用水中波長的六分之一來定義最大單元大小。這也確保了網格能夠分辨固體中的彈性波，因為它們的波長比水中的波長更長。
如果模型包含有其聲音速度比流體速度慢的非常柔軟的彈性材料，請使用固體中的聲速來估計應用在固體域中的最大單元大小。COMSOL Multiphysics 自動計算固體中的聲音速度。例如，如果在模型中使用“固體力學”接口，則將計算壓力波速度并將其存儲在變量 solid.cp 和剪切波速度 solid.cs 中。您可以使用較慢的剪切波速來設置起始網格。當我們需要解析通常比切變波傳播還要慢的表面波模式時，應采用最慢的表面波的速度來確定用于離散實體域的網格的大小。
手動設置網格單元大小，以確保波形得到很好的解析。
下面的動畫顯示了圓柱體后方平面上水中的總聲壓以及鋁制圓柱體的變形。
展開 LS-DYNA仿真中，基于S-ALE方法的碎片沖擊油罐殉爆過程仿真 ￥35
當高速破片沖擊某一油罐時，不僅可能引發局部點火與爆燃，還可能通過沖擊波和燃燒產物引起相鄰油罐的次生爆炸反應，進而誘發鏈式殉爆效應。為揭示碎片沖擊下油罐群的殉爆機制，基于LS-DYNA中的S-ALE（Simplified Arbitrary Lagrangian-Eulerian）多物理場耦合方法，開展典型油罐在碎片沖擊作用下的殉爆過程數值仿真研究，對于研究油罐群在高速破片沖擊下發生殉爆等問題具有重要意義。
關鍵詞：S-ALE；點火增長模型；碎片沖擊；油罐殉爆
1.模型介紹：
仿真模型結合了破片侵徹、油氣混合、點火擴散與壓力波傳播等多重物理過程，并引入點火增長模型刻畫油氣混合物的非線性燃燒行為。構建了S-ALE方法物理仿真模型，采用狀態方程*EOS IGNITION AND GROWTH OF REACTION IN HE進行設置，破片尺寸為5x1x5cm，速度為1500m/s，材料為銅。油罐直徑為25cm，高度為25cm，上層為9cm氣體，下層為15cm油體（等效為炸藥計算），油罐材料為鋼。
圖1 模型示意圖
2.計算結果：
圖2 壓力變化過程
付費文件包含K文件。
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