COMSOL聲學案例的案例
comsol 聲學超材料、聲子晶體等案例出售
聲學超材料，拓撲聲子晶體，高斯波束，聲學超通，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
基于comsol熱黏性聲學模塊仿真聲學超材料的聲學特性
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。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”聯系我們
展開 直播 | 來一場形散神凝的聲學旅行，聲學仿真應用案例剖析
聲學是一門古老的物理學科，與人們的日常生活息息相關。除了理論分析和試驗測試之外，基于物理和數學模型的虛擬仿真分析技術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揮了越來越重要的作用，聲學仿真已經成為人們研究聲學、認識自然的重要手段。
聲學仿真工具的熟練使用通常是影響產品設計周期的重要因素。因此，MSC Software聯合技術鄰組織了本次的直播課程，旨在為聲仿真工程師構建聲學基本方程與現象的理論框架、建立客觀與感官的橋梁、概覽聲學仿真技術、介紹各行業的聲學仿真應用現狀與趨勢。
展開 仿真案例｜JVC KENWOOD汽車電子揚聲器聲學案例
作者：Akira Shigeta，揚聲器工程師，JVC KENWOOD，日本東京
翻譯：上海安世亞太
前言
如今，消費者們更需要具有高音頻保真度的小型揚聲器。因此，提供這些產品的公司必須不斷創新，以開發出在各種各樣的環境中都能可靠地提供最好音質的揚聲器。在這種情況下，通過對音圈進行參數分析，仿真可大大滿足這種穩健的設計目標。
JVC KENWOOD服務于：汽車電子設備、專業系統、家庭和移動電子設備以及娛樂市場。過去，該公司的汽車揚聲器系統設計是在物理原型構建和測試下推動的，這一過程耗時且高成本，限制了研發團隊可評估其他設計方案的數量。現在，在構建原型之前，JVC KENWOOD使用Ansys電磁軟件來確定擬議設計的磁通密度分布和其他關鍵參數。工程師在Ansys Workbench中處理參數和設計點，以快速迭代大量潛在設計方案以生成最優設計。
最終結果是：該公司大幅降低了原型成本，縮短了上市時間，提高了產品性能，并削減了材料成本。
汽車揚聲器設計挑戰
當振動膜的振蕩運動引起相應的氣壓振蕩時，音頻揚聲器就會發出聲音。振動膜運動是由音圈電機（VCM）裝置產生的。它包括一個包含磁通量流過的環形氣隙的永磁體組件和位于該氣隙中的纏繞線圈。線圈中流動的電流產生洛倫茲力，導致線圈及其連接的振動膜發生移動。
增加磁路間隙中的磁通量會增加揚聲器的驅動力。盡管更高的磁通量并不意味著更好的音質，但更高的磁通量和更大的驅動力具有顯著的設計優勢，使工程師能夠提供更好的音頻性能、更大的音量、更寬的頻率響應以及更小更輕的設計。
過去，JVC KENWOOD的工程師手算確定磁路間隙中的磁通密度。然而，由于沒有將系統幾何考慮在內，這些一維計算的準確度有限。因此，該公司通常需要為每種設計方案制作大約10個原型，以便深入了解磁通密度分布和其他性能參數
展開 
基于comsol的壓力聲學-熱黏性聲學模塊模擬一種具有多階吸聲的低頻寬帶薄超表面
近年來，聲學超材料發展迅速，具有前所未有的優異低頻性能。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極端的吸聲性能。然而，由于諧振特性，大多數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，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內表現出連續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。可以實現多階吸聲機制，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
數值模擬：
為了驗證這一理論模型，使用商業軟件COMSOL Multiphysics開發了一個數值模擬模型。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）吸聲系數計算
圖5顯示了PCHR仿真復現的吸聲系數，數值模型計算的吸聲系數與原文中結果相比顯示出了良好的一致性。
展開 comsol 系列：【聲學】北京線下
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了精確的數值 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 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，與實驗數據結合，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 設計進行優化。 4.
展開 在 COMSOL 中對瞬態聲學進行仿真
這篇文章我們介紹了如何計算各種瞬態聲學指標，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聲學仿真。
本文來自：COMSOL博客
基于comsol進行共振薄膜聲學超材料的模態分析
研究背景：
從聲學超材料出現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。由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、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分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
研究內容：
由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、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分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
圖1.薄膜型結構
圖2.無中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
圖3. 含中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
數值模擬：
分別對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，預應力模態仿真選取的聚酰亞胺薄膜彈性模量為 2.35GPa，泊松比為 0.38，選取的結構鋼質量塊彈性模量為 200GPa，泊松比為 0.30。進行COMSOL 預應力模態仿真時，圓形薄膜結構采用膜單元(Membrane)，薄膜中心質量塊結構進行添加質量處理，除邊界條件的設置外，還需在薄膜表面施加初始面應力 200N/m。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖4.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖5.物理場的設置
（3）模態分析
無附加質量塊張緊圓膜結構和附加圓形質量塊薄膜型結構的前6階固有頻率和模態振型仿真結果如圖。可以看出在comsol中利用膜單元對薄膜型結構的固有模態分析結果與原文中對應的十分準確。
圖6. 復現無中心質量塊薄膜型結構的固有模態
圖7.
展開 基于COMSOL的固體力學或壓力聲學模塊仿真聲子晶體
在COMSOL中，可以用固體力學或壓力聲學模塊仿真聲子晶體。
首先以一維聲子晶體為例：
如上圖，模型左右兩部分是不同的材料，并且在左右方向具有周期排列特征。
在物理場中設置周期性邊界條件：
在周期邊界上設置一致的網格點，以提高數值穩定性：
仿真得到的一維聲子晶體能帶圖：
對于實際的準周期性模型，可以計算透射譜，以驗證聲子晶體能帶中存在的禁帶現象：
上圖可以明顯看到頻率對透射率的影響。特定的頻率下，聲波很難從一端傳播到另一端，就是對應的能帶圖中所謂的禁帶。
對于二維、三維模型，需要根據對稱性，建立合適的周期性模型及添加合適的周期性邊界條件。一些二維、三維結構的布里淵區：
二維聲子晶體能帶：
三維FCC聲子晶體能帶，以及這里選取的周期性結構：
得到的聲子能帶圖：
也可以按實際路徑長度，設定高對稱點分割，以便后續添加高對稱點標記：
最后,有相關需求,歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室.
展開 基于Comsol進行薄膜型聲學超表面設計與可調節性研究
而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據質量作用定律，傳統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(即打破質量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內容：
結合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現低頻寬帶隔聲降噪并實現隔聲帶的可調節性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網格的劃分：
圖2.幾何模型的構建
圖3.網格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
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表面的結構化參數的影響。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 案例53-MEMS麥克風的聲學分析
該示例問題演示了如何分析硅微加工麥克風的響應
使用聲學單元和靜電結構耦合場單元。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 聲學單元變形
• 三維靜電結構單元
• 線性擾動
介紹
大多數數字設備，如手機和平板電腦，都包括一個甚至幾個麥克風。微機電系統（MEMS）技術由于其微型尺寸（毫米），對于設計這些產品非常有用。
MEMS麥克風遵循電容原理。它由兩個硅基電極組成，由一個薄氣隙隔開；一個電極是剛性的（稱為背板），另一個是在聲壓下偏轉的膜。氣隙充當電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說明了如何分析電容式MEMS麥克風的響應。
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。
展開 
基于Comsol進行薄膜型聲學超材料的低頻降噪仿真分析
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。
最后,有相關需求,歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
展開 案例41-粘熱諧振器的聲學分析
該示例問題使用聲學單元和粘熱損失（比較邊界層阻抗[BLI]模型和低頻率[LRF]模型）來分析帶有四分之一波長諧振器的吸音裝飾板。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 法向表面速度
• 邊界層阻抗（BLI）模型
• 低頻率（LRF）模型
• 端口定義
• 吸收系數后處理
介紹
開發最小化噪聲的系統是一個持續的過程，因為噪聲是一個可能快速且不利地影響舒適性的因素。例如，在飛機機艙中，機身周圍的湍流邊界層是中高頻范圍（500-2000Hz）噪聲的主要來源。為了降低機艙內的聲壓級，一種有效的解決方案是由不同直徑和長度的管組成的四分之一波諧振器面板。共振板的吸收能力是四分之一波現象和粘熱損失綜合作用的結果。
這里提出的問題計算了示例諧振器面板的吸收系數。
問題描述
為了減少飛機機艙內的噪聲，可以將粘熱四分之一波諧振器面板放置在機艙內。諧振管的長度和直徑經過優化，以使感興趣的頻率范圍內的聲音吸收最大化。因此，本文描述的諧振器模型使用阻抗管方法進行了實驗和數值測試。
下圖顯示了本仿真中使用的諧振器模型的幾何結構：
該圖顯示了由不同直徑和長度的管組成的諧振器，從而優化了所有頻率的吸收：
每個管的半徑和長度由以下值定義：
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用FLUID220和FLUID221三維聲學單元進行網格劃分，壓力作為唯一的自由度（KEYOPT（2）=1）。
在阻抗管入口施加法向速度和無反射輻射邊界，模擬揚聲器實驗產生的聲音。
展開 Comsol 薄膜型聲學超材料隔聲性能（嵌入質量塊）
薄膜型聲學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。 當聲波進入薄膜型聲學超材料時，它們會遇到由多層薄膜構成的結構單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長，聲波會產生與材料中的結構單元相互作用的效應，這種效應會產生反射、衍射和干涉等現象。 通過合理設計和優化材料結 構，薄膜型聲學超材料可以實現對特定頻率范圍內聲波的反射和吸收，從而達到隔聲的效果。具體來說，當聲波遇到薄膜型聲學超材料時，一部分聲波會被反射回去，另一部分聲波則會被吸收或繼續穿透材料，但其強度會受到一定程度的衰減。通過層層反射和吸收，材料可以將聲波的傳播和干擾效應降到最小，從而實現隔聲的目的。
薄膜型聲學超材料的隔聲效果受到材料結構、厚度、孔徑大小以及聲波入射角度等因素的影響，因此需要進行合理的設計和優化，才能達到最佳的隔聲效果。
一、搭建模型
中間位置為薄膜包覆的質量塊結構
二、網格劃分
應力分布
傳遞損失曲線
透射系數曲線
在隔聲谷位置的透射系數很高。
有需要源文件和講解視頻的可以與我們聯系，優惠不斷；
為方便交流學習，大家如果有好的案例可以提供給我們，我們支付費用，或者交換同等難度案例；
展開 COMSOL 助力聲學拓撲優化：如何引入熱粘性損耗？
極值條件之間的實際插值是通過 SIMP 或 RAMP 算法（參考文獻 2）完成的，就像標準聲學拓撲優化一樣。粘性場和熱場均可通過方程與聲壓變量建立關聯。就這樣，我們成功獲得了世界上第一個耦合了精確的熱粘性損耗的聲學拓撲優化算法。
優化損耗聲學響應
本節將舉例說明優化方法在實際案例中的應用。由于粘性效應，橫截面為六角形的管道產生了一定的聲學損耗。六角形每邊長約為 1.1 mm，其面積相當于半徑為 1 mm 的圓形面積。在 100 和 1000 Hz 之間，聲學損耗的增長因子將近 2.6，如圖 7 所示。現在，我們的目標是找到最優拓撲，在該頻率范圍內獲得更平順的聲學損耗響應，而不考慮實際損耗值。所得結構如下：
圖 5：最大平坦的聲學損耗響應的拓撲，及其在 1000 Hz 下的粘性場。
我們創建了一個與優化拓撲相似的簡單幾何結構，它可以應用顯式邊界條件。
圖 6：優化拓撲的簡化表示，及其在 1000 Hz 時的粘性場。
圖 7 對比了初始六角形幾何和經過拓撲優化的幾何的歸一化聲學損耗。每個管道的損耗被歸一化為 100 Hz 的對應值。
圖 7：初始橫截面（虛線）和拓撲優化幾何（實線）的聲學損耗分別被歸一化為 100 Hz 的對應值。
優化的拓撲結構在 1000 Hz 下的聲學損耗只比 100 Hz 下高出 1.5 倍，而初始的幾何結構則高 2.6 倍。就總體的損耗而言，經優化的幾何結構明顯更高，但如上文提到的，我們在本例中不考慮這一點。
這種新穎的拓撲優化策略可以擴展到更加普遍的一維方法中，使聲壓可以直接使用在目標函數中。我們確定了通用三維幾何結構的拓撲優化方案，不過具體實施仍在進行中。它對于從事微觀聲學研究工作、致力于改進拓撲優化的高校人士和產業人員大有裨益。我希望該領域將來能夠取得更長遠的進步。
來源：COMSOL
展開 