COMSOL聲學(xué)案例
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
COMSOL聲學(xué)案例的視頻教程
COMSOL 聲學(xué)仿真
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COMSOL聲學(xué)案例的實(shí)例教程
聲學(xué)超材料，拓?fù)渎曌泳w，高斯波束，聲學(xué)超通，壓電，微流體，能帶、帶隙 部分課程視頻+案例 【閑魚】https://m.tb.cn/h.g0GQqLC?tk=JNVxWsRPl66 CZ3452
研究?jī)?nèi)容：
傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實(shí)際應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長(zhǎng)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(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統(tǒng)微穿孔板與聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)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(xué)接口對(duì)聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構(gòu)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(jì)算：
通過聲電類比法計(jì)算得到聲學(xué)超表面的吸聲系數(shù)，其理論計(jì)算如下：
首先由經(jīng)典的微穿孔理論得到吸聲結(jié)構(gòu)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(jì)算軟件中導(dǎo)入吸聲系數(shù)理論計(jì)算的公式，從而計(jì)算出吸聲系數(shù)曲線
吸聲系數(shù)曲線的理論計(jì)算值如下所示
圖5.理論計(jì)算得到的吸聲系數(shù)
綜上，理論計(jì)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(shí)與論文中的結(jié)果完全相同。
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展開 聲學(xué)是一門古老的物理學(xué)科，與人們的日常生活息息相關(guān)。除了理論分析和試驗(yàn)測(cè)試之外，基于物理和數(shù)學(xué)模型的虛擬仿真分析技術(shù)正在扮演越來越重要的角色，并在研究的廣度和深度方面發(fā)揮了越來越重要的作用，聲學(xué)仿真已經(jīng)成為人們研究聲學(xué)、認(rèn)識(shí)自然的重要手段。
聲學(xué)仿真工具的熟練使用通常是影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的重要因素。因此，MSC Software聯(lián)合技術(shù)鄰組織了本次的直播課程，旨在為聲仿真工程師構(gòu)建聲學(xué)基本方程與現(xiàn)象的理論框架、建立客觀與感官的橋梁、概覽聲學(xué)仿真技術(shù)、介紹各行業(yè)的聲學(xué)仿真應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)。
展開 作者：Akira Shigeta，揚(yáng)聲器工程師，JVC KENWOOD，日本東京
翻譯：上海安世亞太
前言
如今，消費(fèi)者們更需要具有高音頻保真度的小型揚(yáng)聲器。因此，提供這些產(chǎn)品的公司必須不斷創(chuàng)新，以開發(fā)出在各種各樣的環(huán)境中都能可靠地提供最好音質(zhì)的揚(yáng)聲器。在這種情況下，通過對(duì)音圈進(jìn)行參數(shù)分析，仿真可大大滿足這種穩(wěn)健的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
JVC KENWOOD服務(wù)于：汽車電子設(shè)備、專業(yè)系統(tǒng)、家庭和移動(dòng)電子設(shè)備以及娛樂市場(chǎng)。過去，該公司的汽車揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在物理原型構(gòu)建和測(cè)試下推動(dòng)的，這一過程耗時(shí)且高成本，限制了研發(fā)團(tuán)隊(duì)可評(píng)估其他設(shè)計(jì)方案的數(shù)量。現(xiàn)在，在構(gòu)建原型之前，JVC KENWOOD使用Ansys電磁軟件來確定擬議設(shè)計(jì)的磁通密度分布和其他關(guān)鍵參數(shù)。工程師在Ansys Workbench中處理參數(shù)和設(shè)計(jì)點(diǎn)，以快速迭代大量潛在設(shè)計(jì)方案以生成最優(yōu)設(shè)計(jì)。
最終結(jié)果是：該公司大幅降低了原型成本，縮短了上市時(shí)間，提高了產(chǎn)品性能，并削減了材料成本。
汽車揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
當(dāng)振動(dòng)膜的振蕩運(yùn)動(dòng)引起相應(yīng)的氣壓振蕩時(shí)，音頻揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。振動(dòng)膜運(yùn)動(dòng)是由音圈電機(jī)（VCM）裝置產(chǎn)生的。它包括一個(gè)包含磁通量流過的環(huán)形氣隙的永磁體組件和位于該氣隙中的纏繞線圈。線圈中流動(dòng)的電流產(chǎn)生洛倫茲力，導(dǎo)致線圈及其連接的振動(dòng)膜發(fā)生移動(dòng)。
增加磁路間隙中的磁通量會(huì)增加揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)力。盡管更高的磁通量并不意味著更好的音質(zhì)，但更高的磁通量和更大的驅(qū)動(dòng)力具有顯著的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，使工程師能夠提供更好的音頻性能、更大的音量、更寬的頻率響應(yīng)以及更小更輕的設(shè)計(jì)。
過去，JVC KENWOOD的工程師手算確定磁路間隙中的磁通密度。然而，由于沒有將系統(tǒng)幾何考慮在內(nèi)，這些一維計(jì)算的準(zhǔn)確度有限。因此，該公司通常需要為每種設(shè)計(jì)方案制作大約10個(gè)原型，以便深入了解磁通密度分布和其他性能參數(shù)
展開 近年來，聲學(xué)超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列亞波長(zhǎng)厚度的超材料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機(jī)械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學(xué)超材料，它可以通過增加聲路來實(shí)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(nèi)獲得良好的吸收性能，這限制了實(shí)際應(yīng)用。
研究?jī)?nèi)容：
我們提出了一種具有多級(jí)吸聲的薄多單元超表面的理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內(nèi)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(fù)合亥姆霍茲諧振器（PCHR），其通過將一個(gè)或多個(gè)帶有小孔的分離板插入亥姆霍茨諧振器（HR）的內(nèi)部來構(gòu)造。可以實(shí)現(xiàn)多階吸聲機(jī)制，使得在原始吸收峰值和結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，通過PCHR單元在更高的頻率下獲得多個(gè)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(lán)色）和原始HR（紅色）的吸聲系數(shù)
數(shù)值模擬：
為了驗(yàn)證這一理論模型，使用商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模擬模型。由于粘性摩擦和熱傳導(dǎo)對(duì)聲能量耗散有很大影響，本模型采用壓力聲學(xué)-熱黏性聲學(xué)相互作用模塊。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構(gòu)建
（2）設(shè)置物理場(chǎng)
圖4.物理場(chǎng)的設(shè)置
（3）吸聲系數(shù)計(jì)算
圖5顯示了PCHR仿真復(fù)現(xiàn)的吸聲系數(shù)，數(shù)值模型計(jì)算的吸聲系數(shù)與原文中結(jié)果相比顯示出了良好的一致性。
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comsol注漿案例7個(gè)月前
<p>三種漿液同時(shí)注入</p>
微制動(dòng)器-電熱耦合仿真.sim
本文是通過starccm軟件來復(fù)現(xiàn)comsol中的微執(zhí)行器案例，進(jìn)行電熱耦合分析。相應(yīng)的模型圖如下
對(duì)應(yīng)的電邊界條件：
熱邊界條件：
starccm實(shí)現(xiàn)
幾何：
電仿真.sim
本文是通過starccm軟件來復(fù)現(xiàn)comsol中的微執(zhí)行器案例，進(jìn)行電分析。相應(yīng)的模型圖如下
對(duì)應(yīng)的電邊界條件：
starccm實(shí)現(xiàn)
幾何：
網(wǎng)格：
物理連續(xù)體設(shè)置：
精彩直播預(yù)告
氣動(dòng)噪聲分析在汽車、航空、電子等多個(gè)行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用，通過對(duì)產(chǎn)品氣動(dòng)噪聲分析提升產(chǎn)品的舒適性，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和減少噪聲污染。同時(shí)，有助于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為人們創(chuàng)造更加安靜、高效的工作和生活環(huán)境。
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薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲原理主要涉及到聲波在材料中的傳播和反射。 當(dāng)聲波進(jìn)入薄膜型聲學(xué)超材料時(shí)，它們會(huì)遇到由多層薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長(zhǎng)，聲波會(huì)產(chǎn)生與材料中的結(jié)構(gòu)單元相互作用的效應(yīng)，這種效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生反射、衍射和干涉等現(xiàn)象。 通過合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料結(jié) 構(gòu)，薄膜型聲學(xué)超材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率范圍內(nèi)聲波的反射和吸收，從而達(dá)到隔聲的效果。具體來說，當(dāng)聲波遇到薄膜型聲學(xué)超材料時(shí)
研究背景：
在隔聲領(lǐng)域，高頻噪聲屬于易于隔離的頻段噪聲，使用隔音板或隔音墻便可達(dá)到良好的隔聲效果。而低頻噪聲由于具有波長(zhǎng)大、穿透性強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，根據(jù)質(zhì)量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果
聲學(xué)超材料，拓?fù)渎曌泳w，高斯波束，聲學(xué)超通，壓電，微流體，能帶、帶隙 部分課程視頻+案例 【閑魚】https://m.tb.cn/h.g0GQqLC?tk=JNVxWsRPl66 CZ3452
研究?jī)?nèi)容：
傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實(shí)際應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長(zhǎng)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(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。
研究背景：
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(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來，聲學(xué)超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列亞波長(zhǎng)厚度的超材料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機(jī)械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學(xué)超材料
研究背景：
從聲學(xué)超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學(xué)超材料局域共振隔聲機(jī)理的廣泛研究，其負(fù)等效質(zhì)量和負(fù)等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質(zhì)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(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)。對(duì)有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
研究?jī)?nèi)容：
由吸聲系數(shù)理論模型可知
