COMSOL射線聲學
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-04-12
COMSOL射線聲學的視頻教程
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COMSOL射線聲學的實例教程
Comsol光熱和射線光學耦合 ￥1600
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p>微顆粒受到光照射加熱周圍油液，周圍油液受熱折射率發(fā)生改變，同時導致入射光線偏折，散焦。</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202012/d4afe1410bf245aa9d026db4e226b522.gif" alt="2222.gif"></p><p><br></p><p>該案例嘗試使用comsol進行微顆粒的光熱和射線光學耦合，動圖如上展示的。</p><p><br></p><p><br></p>
展開 研究內容：
傳統(tǒng)的聲學吸收器被用于具有與工作波長相當?shù)暮穸鹊慕Y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(qū)域實現(xiàn)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?；谕耆詈系?em>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(tǒng)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(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線
數(shù)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(shù)曲線的數(shù)值模擬值如下所示：
圖4.數(shù)值模擬中的吸聲系數(shù)
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(shù)，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(shù)：
yc為環(huán)繞型腔體的等效聲阻抗：
在計算軟件中導入吸聲系數(shù)理論計算的公式，從而計算出吸聲系數(shù)曲線
吸聲系數(shù)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(shù)
綜上，理論計算和數(shù)值分析的吸聲系數(shù)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 近年來，聲學超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經設計了一系列亞波長厚度的超材料，以實現(xiàn)對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數(shù)量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學超材料，它可以通過增加聲路來實現(xiàn)極端的吸聲性能。然而，由于諧振特性，大多數(shù)超材料只能在窄頻帶內獲得良好的吸收性能，這限制了實際應用。
研究內容：
我們提出了一種具有多級吸聲的薄多單元超表面的理論和實驗實現(xiàn)，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內表現(xiàn)出連續(xù)的近乎完美的吸收光譜。超表面單元是穿孔復合亥姆霍茲諧振器（PCHR），其通過將一個或多個帶有小孔的分離板插入亥姆霍茨諧振器（HR）的內部來構造?？梢詫崿F(xiàn)多階吸聲機制，使得在原始吸收峰值和結構尺寸不變的情況下，通過PCHR單元在更高的頻率下獲得多個接近完美的峰值。
圖1.PCHR裝置的三維視圖及xy平面截面圖
圖2.二階PCHR單元（藍色）和原始HR（紅色）的吸聲系數(shù)
數(shù)值模擬：
為了驗證這一理論模型，使用商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics開發(fā)了一個數(shù)值模擬模型。由于粘性摩擦和熱傳導對聲能量耗散有很大影響，本模型采用壓力聲學-熱黏性聲學相互作用模塊。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）吸聲系數(shù)計算
圖5顯示了PCHR仿真復現(xiàn)的吸聲系數(shù)，數(shù)值模型計算的吸聲系數(shù)與原文中結果相比顯示出了良好的一致性。
展開 COMSOL多物理場仿真軟件以高效的計算性能和杰出的多場耦合分析能力實現(xiàn)了精確的數(shù)值 仿真，已被廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，為工程界和科學界解決了復雜的多物 理場建模問題。COMSOL內嵌的聲學模塊可以方便地進行多孔聲學和粘熱聲學的模擬仿真。軟件數(shù) 值計算得到的云圖，可以將聲壓、速度、聲強以及聲能耗散等結果可視化，十分有利于學生對聲 學的學習和理解。結合目前許多學生對實驗開展的痛難點，將COMSOL仿真引入實驗當中，通過軟 件的可視化處理有效直觀的展示復雜物理場和集合模型仿真的流程，與實驗數(shù)據(jù)結合，使得文章 內容具有說服力、預見性和新穎性。為促進大家理論知識學習和軟件仿真學習，開拓創(chuàng)新性思維， 解決大家在COMSOL仿真學習過程中遇到的問題，特舉辦“COMSOL Multiphysics多物理場仿真技 術與應用”聲學專題培訓班，本次培訓主辦方為北京軟研國際信息技術研究院，承辦方互動派 （北京）教育科技有限公司，相關事宜通知如下：
二、培訓特色： 1. 本次課程共 3 天，采用線下面對面授課、Step by step 的教學方式、課后提供無限次回放 視頻，發(fā)送全部案例模型文件，建立永不解散的課程群，長期互動交流；以具體案例和 科研論文為實例，討論在處理具體問題時如何應用 comsol 以及如何做出能夠發(fā)表的結果； 2. 基礎入門階段采用Step by step的教學方式帶著做具體的案例，在案例中學習COMSOL應 用必備技能，幫助學員快速掌握COMSOL的仿真框架，建立正確的仿真思路。 3. 通過分模塊詳解：掌握各種邊界條件和域條件的設置方法和技巧，區(qū)分每個邊界條件或 域條件應該在什么場景中應用；掌握網格劃分標準及優(yōu)化技巧，深入探索從模擬中獲得 的結果，對單聲換能器、聲表面波傳感器、聲學超材料、聲子晶體等的 設計進行優(yōu)化。 4.
展開 這篇文章我們介紹了如何計算各種瞬態(tài)聲學指標，包括頻率權重、時間權重和時間平均。這里概述的定義和主要后處理步驟可用于任何瞬態(tài)聲學仿真。
本文來自：COMSOL博客
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傳統(tǒng)的聲學吸收器被用于具有與工作波長相當?shù)暮穸鹊慕Y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(qū)域實現(xiàn)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?；谕耆詈系穆晫W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。
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由于傳統(tǒng)材料的能量耗散較弱，低頻吸聲一直是研究人員面臨的一個具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來，聲學超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經設計了一系列亞波長厚度的超材料，以實現(xiàn)對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數(shù)量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學超材料
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從聲學超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學超材料局域共振隔聲機理的廣泛研究，其負等效質量和負等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態(tài)、相對聲阻抗率有關。對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對應關系。
研究內容：
由吸聲系數(shù)理論模型可知
COMSOL多物理場仿真軟件以高效的計算性能和杰出的多場耦合分析能力實現(xiàn)了精確的數(shù)值 仿真，已被廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，為工程界和科學界解決了復雜的多物 理場建模問題。COMSOL內嵌的聲學模塊可以方便地進行多孔聲學和粘熱聲學的模擬仿真。軟件數(shù) 值計算得到的云圖，可以將聲壓、速度、聲強以及聲能耗散等結果可視化，十分有利于學生對聲 學的學習和理解。結合目前許多學生對實驗開展的痛難點
對于瞬態(tài)聲學問題，有不同的聲壓級度量，一些文獻和測量標準中對它們進行了定義。
在將瞬態(tài)聲學仿真的結果與聲級計的測量結果進行比較時，或為了使瞬態(tài)仿真結果更容易在對數(shù)尺度上解釋，了解這些指標非常重要。
這篇文章，讓我們來看看這些不同的指標是什么，何時以及如何計算它們。
定義聲壓級
對于穩(wěn)態(tài)諧波噪聲，聲壓級()定義為：
式中， 是均方根(RMS)聲壓， 是參考聲壓(例如
研究背景：
隨著社會的進步和制造業(yè)不斷發(fā)展，各種類型的噪聲對周邊的人類生活帶來不可逆轉的破壞。尤其是低頻噪聲（聲波頻率低于 1000Hz），據(jù)有關低頻噪聲煩惱度研究表明，人類長期生活在低頻聲波環(huán)境周圍受噪聲干擾，會造成惡心、耳鳴、視覺模糊等諸多身體不良反應。但是目前對低頻噪聲尚不能有效控制。
研究內容：
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近年來，周期性復合材料受到了廣泛的關注。眾所周知，半導體的理論基礎是能帶理論。當電子在周期勢場中傳播時，就會形成帶結構（即導帶和禁帶），電子只能在導帶中自由運動。人們可以通過調節(jié)半導體超晶格中的物理參數(shù)來設計和調節(jié)帶隙，從而促進半導體科學技術的發(fā)展。最近，類似的研究已經擴展到彈性/聲波在稱為聲子晶體的周期性復合材料中的傳播。彈性波在周期性復合介質（如聲子晶體）中的傳播是過去十年來許多研究者感興趣的研究對象
