ansys 質量擴散的案例
科學家教你如何通過聲學擴散提升睡眠質量
科學家教你如何通過聲學擴散提升睡眠質量
充足的睡眠是人消除疲勞、恢復體力和維持健康的重要條件。
人們失眠相當一部分原因是來源于噪音影響。噪音被認為是當今四大污染之一，尤其危害人的睡眠健康，本文下面給大家介紹聲音擴散這一模擬方法分析如何改善室內噪音，營造更舒適的睡眠環境。
聲音擴散的原理
聲音擴散，是聲音朝著許多方向不規則反射、折射和衍射的現象。
同樣，房間的各種家具也有不同的反射面，對聲音傳播起擴散作用而使整個房間聲場分布均勻。
比如說廳內的座椅、不平整的墻面裝飾、各種家具等等不同的物體表面使聲音朝各個方向擴散程度不一致。
理想的聲音擴散應滿足下面三個條件：
(1) 空間各點聲能密度均勻；
(2) 在任何一點上，從各個方向傳來的強度一致；
(3) 在各個方向傳播的聲波相位是無規律的，因而各個方向的聲能可以直接相加。
而我們常見的電影院，經常使用這種聲音擴散的方法布置座椅、幕布和墻的裝飾等。而在家中，我們也能通過合理利用擴散原理，降低吵雜的聲音，改善我們的睡眠。
利用仿真找到最佳家具擺放位置
聲學擴散仿真模型更容易設定，而且求解速度較快。工程師們先使用仿真軟件簡單繪制了所有房間，然后加入大件家具，創建一個聲學擴散模型。
然后找到各種常見材料的近似吸收系數，針對不同頻段使用不同的值，甚至能將它們指定為頻率的任意函數。
展開 Ansys Zemax | 什么是點擴散函數（ PSF ）
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本文討論了如何在 OpticStudio 中對點擴散函數進行建模和解釋。使用的分析特征是 Spot Diagram、FFT PSF 和 Huygens PSF。將討論每種工具的優點，以及用于最準確分析的有用特征設置。
介紹
光學系統的點擴散函數 （PSF） 是單個點光源產生的輻照度分布。（望遠鏡拍攝遙遠恒星的圖像就是一個很好的例子。盡管源可能是一個點，但圖像不是。有兩個主要原因：首先系統中的像差會將圖像傳播到有限的區域；其次衍射效果也會擴散圖像，即使在沒有像差的系統中也是如此。
OpticStudio 有三種基本類型的 PSF 計算：幾何（無衍射）點列圖、基于衍射的 FFT 和 Huygens PSF。本文將討論基本理論，并就正確使用每種類型的 PSF 提供一些指導。
點列圖
OpticStudio 中最基本的分析功能之一是點列圖。此功能從物空間中的單視場點發射許多光線，通過光學系統追跡所有光線，并繪制所有光線相對于某個公共參考的 （x，y） 坐標。因此，點列圖本身就可以看作一個幾何 PSF。
這里使用的示例光學系統是一個焦距為 50 mm 的單拋物面 F/5 反射鏡，物位于無窮遠處。該系統是一個簡化的牛頓望遠鏡，包含的示例文件為 PSF_Newtonian.ZMX。以下是光學系統的外觀：
兩個視場點（一個在軸上，另一個呈 2 度角）的點列圖如下所示。
請注意，點列圖是光線落點的集合，每個點表示一條光線。光線之間沒有相互作用或干擾。點列圖在顯示望遠鏡的幾何或光線像差的影響方面非常有效。離軸幾何 PSF 清楚地顯示了系統的彗差和像散。然而在軸上，點列圖預測了完美的成像。但這是否準確代表了光學系統的性能？為了回答點列圖結果的這個問題，我們需要將點列分布與衍射極限響應進行比較。
展開 ANSYS建筑專欄：火災及煙氣擴散
火災及煙氣擴散：控制火災和煙氣的關鍵在于，我們首先要了解火災的多種物理現象，從而有助于清楚火災如何開始、中間發展過程以及對結構的影響。虛擬實驗是可以獲得這些關鍵數據的最有效、最精確方法，它也是開發火災預防及管理系統的最好方法。
ANSYS對煙氣和火災蔓延的仿真可以精確可靠地表現出現實生活的各種場景，從而有助于規劃緊急疏散方案、確定消防設施的最佳布置。
http://www.ansys.com/zh-cn/solutions/solutions-by-industry/construction/fire-and-smoke-propagation
展開 ANSYS建筑專欄：風工程及污染物擴散
評價結構的風荷載負載是最通常的應用，而使用仿真軟件能夠帶給設計者更多模型信息，包括在新建筑的出現對已有建筑的影響，局部流場的改變，可能會出現的竄風對行人的舒適性造成的影響，對污染物擴散的分析，也可以對一些重工業工廠的選址問題，污染物排放塔高度可能會對居民區的影響進行分析。
ANSYS軟件在各種各樣的結構上都能夠勝任這些分析。ANSYS的工具在提供常規權威和重要的環境沖擊信息時，給工程師更好的對結構的氣動特性理解，尤其對于那些超出了常規的設計規格的建筑。
因為ANSYS 的分析提供了高效而且快速的多種選項，通過仿真降低了缺陷建筑的風險，增加了項目在預算內按時完工的可能性，同時滿足所有合規性要求。
展開 
Ansys Zemax | 使用點擴散函數的衍射極限成像系統的分辨率
在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成 PSF 的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用 OpticStudio 中的 PSF 來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于 TL4X-SAP 物鏡（4X，0.2 NA）和 TTL200 管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由 THORLABS 網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由 THORLABS 的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為 4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在 X 和 Y 半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm 2 物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。這些探測器通常用于顯微鏡，可以在 Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相機產品中找到。
展開 Ansys Zemax | 使用點擴散函數的衍射極限成像系統的分辨率
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如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質量矩陣？ ￥69
1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產生的各種數據（例如：剛度矩陣、質量矩陣）導出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或學習中需要用到此類技能的同學、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數據導出方式。
當然，在社區中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進一步學習了解軟件背后機理的群體，并在此基礎上保留教學的簡潔性，提供導出矩陣與轉換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優化不完全導致的運行bug。
2.有限元軟件導出剛度矩陣與質量矩陣的方法
在使用APDL進行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關鍵，其正是剛度矩陣與質量矩陣的所在之處。
展開 ANSYS模型剛度、質量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
=MASS：輸出質量矩陣。可用于特征值屈曲、子結構分析、模態分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態分析。
rhs---右邊項輸出控制（右邊項指用矩陣所表示方程的等號右端矢量，這里可為節點荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態分析時，因僅LANB和QR法可生成完整的質量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時才可使用HBMAT命令得到質量矩陣文件。
這個是Ansys幫助文件中對HBMAT命令的解釋，在Ansys分析中，會在根目錄下形成.full的二進制文件，里面存儲的就是已經組合好的剛度和質量矩陣，只是是以二進制文件的形式存在，通過HBMAT命令可以將二進制文件轉換為可以使用的十進制文件，十進制文件是以txt的形式存放在根目錄下。
打開生成的十進制文件，發現并沒有得到我們所想象的剛度、質量矩陣的形式，而是一長串的數字。這是因為，Ansys中的矩陣文件是以稀疏矩陣的形式存儲的，得到的十進制文件，只是給出了矩陣中元素對應的位置和值，我們需要對這一串數字進行整理才能得到原始的矩陣形式。這就需要明確十進制文件中數字的排列規律。
文件基本格式是前面有4或5行描述數據，其后為單列矩陣元素值，說明如下：
第1行：格式（A72），為文件頭的字符型解釋，如剛度矩陣或質量矩陣等標題。
第2行：格式（5I14），分別表示該文件的總行數（不包括文件頭）、矩陣列指針的總行數、矩陣行索引的總行數、矩陣元素數值的總行數、右邊項總行數。
第3行：格式（A3,11X,4I14），分別為矩陣類型、矩陣行數、矩陣列數、矩陣行索引數（對組裝后的矩陣，該值等于矩陣行索引數）、單元元素數（對組裝后的矩陣此值為0）。
展開 ANSYS知識普及1——如何提取模態質量（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
本人準備出一個ANSYS知識普及系列，將有用的網上資料歸攏，由于知識水平有限，不對之處請諒解。也歡迎各位網友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個ANSYS知識普及系列。
編輯人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
（打個小廣告）
聲 明:1、ANSYS知識普及系列中所有資料均來自網上；
2、如侵犯知識產權，請聯系ANSYS專家本人或者技術鄰，我將第一時間刪除。
下面是《ANSYS Verification Manual》中VM89.DAT稍加修改后提取模態質量的例子：
/PREP7
/TITLE, VM89, NATURAL FREQUENCIES OF A TWO-MASS-SPRING SYSTEM
C*** VIBRATION THEORY AND APPLICATIONS, THOMSON, 2ND PRINTING, PAGE 163,EX 6.2-2
ET,1,COMBIN14,,,2
ET,2,MASS21,,,4
R,1,200 ! SPRING CONSTANT = 200
R,2,800 ! SPRING CONSTANT = 800
R,3,.5 ! MASS = .5
R,4,1 ! MASS = 1
N,1
N,4,1
FILL
E,1,2 ! SPRING ELEMENT (TYPE,1) AND K = 200 (REAL,1)
TYPE,2
REAL,3
E,2 ! MASS ELEMENT (TYPE,2) AND MASS = .5 (REAL,3)
TYPE,1
REAL,2
E,2,3 !
展開 ANSYS如何獲取結構的總質量
結構質量
*status,MASS
!=================
MASS顯示如下：
理論求解：
（0.6*0.6*3.3*2+0.3*0.6*3.6）*2*2600=15724.8 Kg
可見兩者并無差別，這個小技能你GET到了嗎？
關注公眾號：ANSYS結構院 很有必要
ansys如何輸出高質量的圖片
對體和面來說，ANSYS默認的結果輸出格式是云圖格式，而這種彩色云圖打印為黑白圖像時對比很不明顯，無法表達清楚，這對于發表文章來說是非常不便的。發文章所用的結果圖最好是等值線圖，并且最好是黑白的等值線圖。筆者原來進行這項工作時一般借用photoshop等第三方軟件，很麻煩，并且效果不好。現通過摸索，發現通過靈活運用ansys本身也能實現這項功能。現將步驟寫給大家，感謝caenet對我的幫助。
hypermesh-ansys聯合仿真之質量單元
質量單元屬于0維單元，ANSYS提供了質量單元mass21，該單元有6個自由度，3個平動自由度和3個繞軸的轉動自由度，可以分別設置不同方向上的不同質量和轉動慣量，但是一般3個平動方向上的質量是相同的，而3個轉動方向上的轉動慣量可能分別不同。轉動慣量可能對某些非轉動模態影響較小甚至可以忽略，但是對某些模態影響比較明顯，所以在較容易獲得部件轉動慣量的情況下盡量將部件簡化為質量單元時輸入每個方向上的轉動慣量參數。
質量單元的另一個功能是作為輔助單元使用，在利用hypermesh為ANSYS求解器建模前處理時，涉及到不同零部件單元之間的連接裝配，此時在一些連接單元的節點上需要安放一個單元才能在導入ANSYS計算時正常進行，下面舉實例說明。
上圖是一個板通過4個紫色的柱焊接在板的4個孔上，建模是通過CERIG單元將板與柱在焊接位置剛性連接，然后在4個柱的頂端安裝在其他部件上，這里將柱的頂端連接到同一個節點上（節點號為4417），然后在該節點上施加固定約束邊界條件。建好模型后導出CBD文件并讀入ANSYS進行模態求解，開始求解時報出如下圖錯誤。
報錯信息顯示為，約束方程1有未使用的節點4417。主要原因是hypermesh中的CERIG單元轉化到ANSYS是約束方程。在建立節點耦合時，比如將若干單元的節點自由度耦合到一個新建的節點時，這個新建節點比如依附于某個單元，否則求解時就會報出上述錯誤信息，這里的解決方案就是在節點4417處建立一個mass21單元，為了消除mass21單元對求解結果的影響需將mass21的質量屬性設置到非常低，特別是在模態求解時，質量會嚴重影響模態求解結果，效果如下圖。
展開 基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩陣提取工具 —— 剛度矩陣與質量矩陣 ￥30
在有限元分析中，ANSYS 可以導出大規模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對后續二次開發、動力學分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個 MATLAB 函數，可直接從 ANSYS 導出的 HB 矩陣文件中讀取并重構成 MATLAB 稀疏矩陣：
1.剛度矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的剛度矩陣 HB 文件（stiff.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 K，可直接用于動力學計算或驗證
支持自動對稱化，保證數值正確
2.質量矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的質量矩陣 HB 文件（mass.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 M
使用與剛度矩陣同樣的解析邏輯，無需額外修改
案例說明：
本文以高速鐵路接觸網結構為例，展示了如何將 ANSYS 中導出的稀疏剛度矩陣和質量矩陣，在 MATLAB 中完整展開，并進行后續動力學分析準備。
通過該方法，可以將大規模有限元矩陣快速轉化為 MATLAB 可操作形式，為自定義振動分析、模態分析及其他科研或工程應用提供基礎。
優勢與應用：
支持大規模稀疏矩陣解析
自動對稱化，保證數值精度
適用于剛度矩陣、質量矩陣、其他 HB 格式矩陣
可作為動力學求解器或后處理工具的基礎模塊
使用方法：
1.使用以下代碼對ansys中生成的質量及剛度矩陣進行提取，file,5,full（5為工作目錄下full文件的文件名，例如：filename.full）。
展開 ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取
這時用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取.rar
Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機：3D 場景中的圖像質量分析
在本例中，我們介紹了一個仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環境中，從光學系統和CMOS成像器的組合中分析相機系統的圖像質量。此示例主要涵蓋整個工作流程中的Ansys Speos部分。該光學系統采用Ansys Zemax OpticStudio設計，并導出到Ansys Speos進行系統級分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設計，并導出至Ansys Speos。
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概述
在相機系統中，CMOS（互補金屬氧化物半導體）成像器是一種電子元件，其中入射吸收的光子產生可以進行數字處理的光電流。在本例中，我們使用Ansys完整的光學解決方案，將Zemax OpticStudio的光學系統信息以及Lumerical的CMOS成像器導入Speos，在3D場景中進行完整的相機系統分析，并仿真成像儀生成的電子地圖。在仿真整個光學系統時，這種互操作性工作流程考慮了宏觀相機鏡頭與CMOS圖像傳感器微觀結構之間的相互作用。借助 Speos 處理逼真照明和基于光度學/輻射物理場的渲染功能，用戶可以輕松優化組件，并構建圖像傳感器記錄的最終電子地圖的準確視圖，以設計基于應用的相機。
此虛擬解決方案需要四個主要工具
1. Zemax OpticStudio 和Speos Lens System Importer ，用于導出 Zemax OpticStudio 中設計的鏡頭模型，供 Speos 使用
2. Speos 用于在 CMOS 成像儀前生成光譜輻照度圖
3. Lumerical FDTD和CHARGE，用于計算傳感器的量子效率作為入射角和波長的函數
4.
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