聲學材料的仿真ansys
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
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聲學材料的仿真ansys的實例教程
研究內容：
傳統的聲學吸收器被用于具有與工作波長相當的厚度的結構，這在低頻范圍的實際應用中造成了主要障礙。我們提出了一種基于超表面的完美吸收體，能夠在極低頻區域實現聲波的完全吸收。具有深亞波長厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面氣室組成。基于完全耦合的聲學熱力學方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎物理和聲學性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統微穿孔板與聲學超表面的結構示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構建
吸聲系數曲線的數值模擬值如下所示：
圖4.數值模擬中的吸聲系數
理論計算：
通過聲電類比法計算得到聲學超表面的吸聲系數，其理論計算如下：
首先由經典的微穿孔理論得到吸聲結構的聲阻抗和吸聲系數：
yc為環繞型腔體的等效聲阻抗：
在計算軟件中導入吸聲系數理論計算的公式，從而計算出吸聲系數曲線
吸聲系數曲線的理論計算值如下所示
圖5.理論計算得到的吸聲系數
綜上，理論計算和數值分析的吸聲系數曲線具有很好的一致性，同時與論文中的結果完全相同。
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展開 深入了解內核
特邀ANSYS總部首席專家分享最新聲學仿真技術
以及電動汽車NVH，馬達振動噪聲等多物理場仿真應用
想必大部分駕駛員都有過類似的經歷：高速公路行駛時汽車內部變得嘈雜擾人，必須調高收音機音量才能聽到喜歡的電臺節目或者需要提高嗓音才能與乘客進行交談，這是在高速公路駕駛時空氣湍流流經車身造成的…在“人人都想擁有的吹風機”問世前，你是否知道戴森空氣動力學研究負責人也對其團隊發出靈魂三問：我們如何才能做得更好？我們怎樣才能讓空氣流動更快？我們怎樣才能消除空氣湍流？
諸如此類場景…其實聲學分析被廣泛應用于各個行業，如何讓求解相關聲學仿真問題更加便捷，工程師怎樣基于ANSYS Workbench對聲學問題進行快速求解。10月10日，我們將有機會與ANSYS首席專家趙力博士面對面，共話ANSYS聲學仿真最新技術和應用。本次研討會將對ANSYS Mechanical 聲學產品中的壓力聲學、建筑聲學、熱粘聲學和孔隙彈性聲學模塊，包括數理背景、有限元技術、復雜聲學材料特性、邊界條件、激勵聲源、求解器和HPC技術、前后處理器以及流固相互作用進行詳細闡述，深入討論振動聲學、ANSYS各產品之間的多物理場耦合技術與模擬流程及其工程應用，相信大家借此機會將對ANSYS Mechanical 聲學產品有更全面的了解。
特邀嘉賓
趙力博士，1983年畢業于南京工學院電子工程系。
展開 研究內容：
基于目前學者所設計的超材料結構設計了一種薄膜型聲學超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學超材料的結構示意圖
技術路線：
在comsol中對薄膜聲學超材料低頻降噪進行仿真分析。
1.添加固體力學和壓力聲學多物理場耦合：
圖2.物理場的選擇
2.建立薄膜聲學超材料的幾何模型并完成網格的劃分：
圖3.幾何模型的構建
圖4.網格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數的變量，添加薄膜和質量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場和透射聲場的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對吸聲系數的頻率分析：
圖7.薄膜聲學超材料的吸聲系數
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超材料的結構化參數的影響。
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公眾號:320科技工作室
展開 在E模塊下雙擊Engenering Data，找到材料數據庫，對模型材料進行設置，添加碳纖維（Carbon Fiber 290）、環氧樹脂（Epoxy Carbon UD 230）和PVC Foa 60材料。
4. 定義材料的彈性模量、泊松比等屬性。
5. 回到mechanical界面，更新材料，確保材料屬性正確加載。
6. 設置材料厚度，因后期ACP還會添加，可以隨意設置，確保系統不報錯即可。
2.3 網格劃分
1. 網格尺寸設置：在ANSYS ACP中，網格劃分是復合材料分析的重要步驟。首先，根據幾何模型的復雜程度，設置合理的全局網格尺寸，確保網格既能捕捉細節又不會過于密集。對于關鍵區域（如蒙皮與肋板接觸處），可進行局部網格加密。使用殼單元（Shell Elements）進行劃分，確保層間應力分析的準確性。劃分后需檢查網格質量，避免畸形單元，確保計算結果的可靠性。實際項目中為了計算準確網格可以劃分得密一些，練習時為提高計算速度可以將網格尺寸設置相對大一些，比如該案例可以設置為10mm。
2. 網格生成：生成網格并檢查網格質量，避免畸形單元或過度扭曲，若網格質量不滿足要求，可通過局部加密或調整尺寸進行優化，確保計算結果準確可靠。
3. 命名選擇：為幾何模型中的特定區域或部件（如蒙皮、肋板等）創建明確的標識，以便在后續分析中快速定位和應用相關設置。可以通過右擊模型，選擇Named Selection，為蒙皮、肋板等部件創建命名（盡量使用英文）。
展開 該計劃旨在促進和加速商用功能的應用，與此同時，Infinity Labs也抓住了機遇，將Ansys先進的功能集成到新一代聲學分析框架中，從而使UAM行業受益。
Infinity Labs首席創新官兼聲學工作首席研究員Nicholas Kuprowicz博士表示：“我最初的想法是設計出類似于谷歌地圖的功能，您可以使用谷歌街景進入地圖，并查看三維場景。我希望在飛行器聲學方面也實現類似的功能，讓您可以在任何時間和地點，沉浸在虛擬/仿真環境中，聆聽到在附近飛行器的聲音。”
Infinity Labs成功展示了高保真度建模和仿真功能，使人類能夠在虛擬空域環境中感知飛行器聲學。該團隊利用包括Ansys Fluent和Ansys Sound在內的商用工具實現了這項功能，并基于eVTOL機身和轉子聲學對這種方法進行了驗證和確認。得益于該功能，Infinity Labs可直接支持政府研究和行業硬件開發工作，并將其應用擴展到更廣泛的飛行器類型和操作環境中。由于人類對聲學的感知是飛行器航線規劃的重要影響因素，該公司預計這項功能在商業和國防領域的應用將獲得顯著增長。
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結構影響。本文檔使用 Ansys 材料設計器展示四種不同類型的微觀結構及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結構、體心立方顆粒結構、金剛石晶格結構和編織結構。
目標
理解微觀結構與宏觀尺度材料性能之間的關系
步驟
案例1：隨機單向纖維（木材）
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個“材料設計器”組件。檢查單位。
2.
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
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<p><img src="https://img.jishulink.com/202605/imgs/5e1e1e2be4c642fab32c219dc0e0bfde"></p><p><strong>時間：</strong>2026年5月19日（周二），13:30-18:00</p><p><strong>地點：</strong>武漢</p><p><strong>費用：</strong>免費（報名需審核
<p>Ansys 持續幫助工程師更高效地解決復雜結構設計與可靠性挑戰，加速產品創新與研發迭代。在2026 R1 新版本中，結構系列產品在效率、精度與工程可信度方面進一步增強：Mechanical 帶來更高效的網格變形與 GPU 感知資源預測能力，LS-DYNA 強化電池熱仿真與多物理場分析，Motion 提升系統級動力學性能，而 Sherlock、Forming 等工具也在電子可靠性與成形分析領域實現全面升級
概述
液壓千斤頂利用液壓動力，以遠高于輸入力的力來舉升重物。本仿真使用流體靜壓單元對液壓千斤頂進行建模，并闡述體積模量的概念。實際應用中，液壓千斤頂通常使用油作為液體，油的高體積模量使得加載過程中液體體積幾乎保持不變。
目標
理解體積模量的影響
熟悉流體靜壓單元的使用
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個"靜力結構"分析。檢查單位設置。
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5月19日16:00，Ansys官方『揭秘電弧仿真：Ansys最新技術與應用案例』研討會將基于Fluent、Maxwell講解電弧仿真多物理場聯合分析，建立從原理方法到工程案例的完整實踐流程。感興趣的下滑預約學習??
時間：5月19日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
隨著電力設備向高容量、高可靠性發展，電弧仿真已成為設計與驗證階段的關鍵技術之一。本次線上研討會將聚焦
概述
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目標
理解靜水壓流體單元建模的工作流程
熟悉理想氣體定律以及相應的流體體積與壓力之間的關系
樹脂轉注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是一種先進的復合材料成型制程，通常透過將纖維布含浸樹脂來生產高性能復合材料零件。RTM能夠生產具備高質量、復雜幾何形狀，以及尺寸精度、機械性能良好且一致的零部件。
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