水下聲學仿真的案例
聲學所成功制備三維水下聲學隱身毯
6月1日，中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室研究員楊軍與副研究員賈晗帶領的超材料研究組，在《Applied Physics Letters》在線發表了最新研究成果“Experimental demonstration of three-dimensional broadband underwater acoustic carpet cloak”。該研究組首次成功制備出三維水下聲學隱身毯樣品，并通過實驗驗證了其隱身效果。
基于超材料的聲學隱身毯是一種以控制聲傳播路徑為手段的新型聲學隱身器件。
此前，該研究組在空氣中利用穿孔板結構實現了二維的聲學幻象（Journal of Applied Physics, http://dx.doi.org/10.1063/1.4775408），隨后進一步在水下利用周期分布的銅片制備出二維的水下聲學隱身毯樣品，并通過聲場測量驗證了有效性（Scientific Reports, http://www.nature.com/articles/s41598-017-00779-4）。
截至2017年底，基于超材料的新型水下隱身器件一直停留在二維狀態。然而，二維的隱身器件存在一定的局限性，從第三個方向進行探測的聲波可以輕易發現隱藏目標。
近期，該研究組通過精密的設計，利用周期性互相分隔的鋼條構建出水下八棱錐形的三維聲學隱身毯。
在水池實驗中，研究人員將聲學隱身毯覆蓋于被隱藏目標上，并對回波聲場進行測量。實驗結果證實，這個隱身體系的聲回波信號與平整反射面的聲回波信號相一致，成功實現對目標的聲隱藏，驗證了該隱身毯的有效性。
此外，在不同截面上，隱身體系的回波聲場表現一致，證明三維隱身毯可以躲過任意方向的探測聲波。
圖1. 水下聲學隱身毯樣品概念圖（左）和實物圖（右）。
展開 聲學所成功制備三維水下聲學隱身毯
6月1日，中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室研究員楊軍與副研究員賈晗帶領的超材料研究組，在《Applied Physics Letters》在線發表了最新研究成果“Experimental demonstration of three-dimensional broadband underwater acoustic carpet cloak”。該研究組首次成功制備出三維水下聲學隱身毯樣品，并通過實驗驗證了其隱身效果。
基于超材料的聲學隱身毯是一種以控制聲傳播路徑為手段的新型聲學隱身器件。
此前，該研究組在空氣中利用穿孔板結構實現了二維的聲學幻象（Journal of Applied Physics, http://dx.doi.org/10.1063/1.4775408），隨后進一步在水下利用周期分布的銅片制備出二維的水下聲學隱身毯樣品，并通過聲場測量驗證了有效性（Scientific Reports, http://www.nature.com/articles/s41598-017-00779-4）。
截至2017年底，基于超材料的新型水下隱身器件一直停留在二維狀態。然而，二維的隱身器件存在一定的局限性，從第三個方向進行探測的聲波可以輕易發現隱藏目標。
近期，該研究組通過精密的設計，利用周期性互相分隔的鋼條構建出水下八棱錐形的三維聲學隱身毯。
在水池實驗中，研究人員將聲學隱身毯覆蓋于被隱藏目標上，并對回波聲場進行測量。實驗結果證實，這個隱身體系的聲回波信號與平整反射面的聲回波信號相一致，成功實現對目標的聲隱藏，驗證了該隱身毯的有效性。
此外，在不同截面上，隱身體系的回波聲場表現一致，證明三維隱身毯可以躲過任意方向的探測聲波。
圖1. 水下聲學隱身毯樣品概念圖（左）和實物圖（右）。
展開 水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
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<p class="a X3"><strong><span id="_GoBack"><span class="a X3">1 </span><span class="a X3">工程背景</span></span></strong></p>
<p>潛艇在水下運行中除了受自身發動機的影響，外殼還會發生振動并激勵外場海水介質形成輻射聲場。因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較?。?lt;/p>
<p>（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，之前寫過采用act插件實現，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)</a>。
展開 韓梅等：水下聲學浮標南中國海海洋環境噪聲實測分析
圖2實線給出了水下聲學浮標聲學測量系統聲壓通道(本文所處理數據為聲學系統聲壓通道采集)自噪聲譜級，為了比較，圖中同時給出了Knudsen曲線在海況0級(SS0)、1級(SS1)、3級(SS0)和6級(SS6)條件下的海洋環境噪聲譜級，由圖2可以看出，水下聲學浮標聲學測量系統在整個頻率范圍內自噪聲譜級均小于0級海況海洋環境噪聲，因此聲學系統采集數據可有效評估海洋環境噪聲特性。圖3給出了“G-Argo”水下聲學浮標海洋環境噪聲監測流程圖，水下聲學浮標可多次上浮、下潛，具備原位坐底和定深漂流兩種工作模式，其海上連續工作時長則與海洋環境噪聲采樣策略和自動上浮通信周期有關，一般能夠實現海上連續觀測時長多達幾個月。2019年8月在南中國海某海區組織了8臺“G-Argo”水下聲學浮標試驗，試驗獲取了不同位置點為期1天的海洋環境噪聲數據，討論了附近航船噪聲對不同頻率海洋環境噪聲譜級的影響。
圖1 搭載聲學測量系統的水下聲學浮標示意圖
圖2 聲學系統自噪聲測試曲線
圖3 水下聲學浮標海洋環境噪聲監測流程圖
⒉試驗說明
2019年8月，由海軍潛艇學院主導，與天津大學和中船710所共同合作在南中國海某海區開展了一次大型水下無人平臺聲學試驗，此次試驗共包含8臺“G-Argo”水下聲學浮標和9臺水下聲學滑翔機，此次試驗的目的主要是驗證兩型水下移動平臺海洋環境觀測能力和對海上目標探測性能。
展開 
聲學技術為無線水下攝像機供能，能源效率提高十萬倍
他們想要增加相機的內存，這樣它就可以實時捕捉照片、流圖像，甚至拍攝水下視頻。
他們還想擴大相機的拍攝范圍。他們成功地將數據傳輸到距離接收器40米的地方，但擴大這個范圍將使相機能夠在更多的水下環境中使用。
信息源于：eurekalert
文章來源：21dB聲學人
中科院聲學所張晗《EML》：可重構手性雙螺旋復合水下吸聲超表面
近年來，聲學超表面結構的發展使得將螺旋型吸聲結構應用到實際中實現低頻吸聲成為可能。
圖1 生物螺旋與螺旋樓梯
近日，張晗副研究員項目組在生物螺旋結構的啟發下，圍繞水下低頻吸聲難以實現的科學問題，攻克傳統水下吸聲材料在低頻區域吸聲性能差且笨重的應用難題。項目組在此前提出手性螺旋功能基元的基礎上完成了雙螺旋高階鏡像拼接的復合功能基元設計，徹底打破基元結構對稱性，進一步獲得了更高性能的水下低頻吸聲超表面，工作發表在國際期刊Extreme Mechanics Letters。文章題為 “Reconfigurable spiral underwater sound-absorbing metasurfaces”,以手性螺旋的構型參數和雙螺旋序列的拼接方式為切入點，基于廣義Snell定律的聲超表面波控設計方法，通過增長螺旋、高階螺旋、順向拼接雙螺旋、鏡像拼接雙螺旋逐步破壞序元空間對稱性，達到了原有手性螺旋基元不能實現的更加低頻寬帶的完美吸聲效果，為高性能水下聲隱身提供了新機理、新途徑。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省“珠江人才計劃”引進創新創業團隊項目的支持。
螺旋吸聲器的模型
首先介紹了吸聲器螺旋單元結構。螺旋吸聲單元由空心圓柱和纏繞在其四周的螺旋路徑組成。將設計好的螺旋吸聲器放入波導進行吸聲特性研究，波導的兩端是開放的且均為平面波輻射邊界條件，所有邊界在聲學上設置為剛性，聲波從左側入射。聲波在螺旋單元的入口基于廣義Snell定律相位調控被完成吸收，在出口又由于聲阻抗失配被完全阻擋，實現近乎完美的寬頻吸聲。
圖2所示為螺旋吸聲器的模型。
展開 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?；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 自主水下航行器 (AUV) | 近實時仿真與控制助力實現水下機動航行
目前，他擔任瑞典海洋機器人中心 (SMaRC) 的首席研究員，該中心是瑞典在水下航行器領域投資最大的學術項目。
Sriharsha Bhat 擁有新加坡國立大學機械工程學士學位和瑞典皇家理工學院車輛工程碩士學位。目前，他是瑞典皇家理工學院的博士生。他的研究領域包括水下機器人的建模、控制和規劃，主攻方向是水下機器人在現實場景中的部署。
◆ ◆ ◆ ◆
文章來源MATLAB
聲學設計 | 沉浸式虛擬仿真環境，助力感知航空聲學
由于噪聲污染的增加會帶來社區健康風險，因此聲學是UAM平臺在城市環境中的一個關鍵考慮因素。UAM噪聲暴露可能導致的不利健康狀況包括疲勞、心理聲學影響和耳鳴。在航空業界，基于聲學的分析和先進的降噪技術被認為對UAM實踐的可持續性至關重要。
超越無限
為了激勵更多的公司開發和應用各種電動垂直起降（eVTOL）技術，美國空軍啟動了“敏捷至上（Agility Prime）”計劃。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。
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 報名：ANSYS首席聲學專家談聲學最新仿真技術和應用研討會
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。
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聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 基于Abaqus的水下爆炸仿真
<p><br></p><p><strong>作者：許鈺鍬 林麗</strong></p><p><strong>來源公眾號：水木人CAE</strong></p><p><strong>水下爆炸問題介紹</strong></p><p><br></p><p><strong>水下爆炸</strong>指的是在水中很小的區域有大量的能量（爆炸源）突然釋放的過程，從而對周圍的物體產生巨大的毀傷。水下爆炸大致可以分為四個主要過程：</p><ol><li>炸藥的爆轟，</li><li>沖擊波的形成和傳播，</li><li>氣泡的脈動和上浮，</li><li>以及沖擊波在與自由水面和結構的相互作用下產生的空化，由此對結構造成的二次加載。</li></ol><p>簡而言之，水下爆炸主要是通過直接接觸的爆轟，以及后續產生的三種主要非接觸的爆炸載荷沖擊波、氣泡和空化對周圍物體造成的毀傷。</p><p><br></p><p>水下爆炸往往會引起非常嚴重的后果，因此，對比試驗，數值仿真是非常安全高效的研究方法。</p><p><br></p><p>Abaqus中提供了兩種計算水下爆炸問題的方法：“散波”法和“總波”法?！翱偛ā狈ūc須位于水域模型的外部，且它可以考慮到空化效應的影響，所以總波法比較適合模擬中遠場爆炸。在近場爆炸中，由于爆炸時間短，氣泡脈動和空化產生的加載可以忽略，主要是考察沖擊波造成的結構毀傷效應，所以可以采用“散波”法進行模擬。</p><p><br></p><p> </p><p><strong>有限元模型建立</strong></p><p>本文使用SolidWorks創建一艘簡易的交通艇3D模型，并且創建半徑近似船半寬6倍的水域模型，以此模型分別采用“散波”法和“總波”法模擬炸藥在不同爆距下，交通艇毀傷情況。
展開 設計仿真 | Actran汽車聲學內飾NVH仿真專題培訓
圖 2 由有限元模型定義的SEA模型
針對汽車行業中車內NVH問題，Actran聲學團隊計劃開展“Actran汽車聲學內飾NVH仿真專題培訓”，以實操為基礎，結合真實案例，手把手幫您解鎖聲學內飾仿真技術，歡迎提早報名。
適合參加人員：
- 汽車行業聲學內飾NVH仿真工程師
- 汽車行業NVH設計人員
- 其他行業關注聲學材料特點及仿真技術的相關人員
培訓詳情
培訓簡介與內容
本次課程針對車內噪聲的NVH仿真分析進行培訓，特別是內飾車身（Trimmed Body，簡稱TB模型）的建模和分析關鍵技術要點進行詳細講解；培訓將涉及到有限元方法和統計能量方法，分別針對中低頻和高頻進行聲振耦合系統的建模和分析；同時對常用的多孔吸聲材料以及阻尼材料的聲學特性和建模參數進行梳理和講解；最后針對地板阻尼優化進行Actran流程管理器的演示。
培訓內容：
7月20日
· 汽車NVH聲學仿真方案的最新技術分享
· 應用于中低頻車內噪聲NVH仿真的有限元技術介紹
· 內飾車身的NVH車內噪聲建模操作
· 板件隔聲仿真分析方法介紹
· 板件隔聲建模操作
7月21日
· 應用于中高頻車內噪聲NVH仿真的統計能量技術介紹
· 基于有限元模型的內飾車身SEA建模操作
· 基于Actran地板阻尼優化工作流管理器的阻尼優化操作
培訓形式：
本次培訓采用線下講座與答疑方式。
展開 基于Icepak的水下航行器電池艙段散熱仿真分析
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內溫度氣流分布情況進行了仿真分析。結果表明：相比于艙內空氣自然對流冷卻，使用風冷散熱可大幅降低電池組平均溫度，并改善電芯之間的溫差，有利于提高電池組的環境適應性和放電功率，進而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
隨著鋰電池的蓬勃發展，水下航行器越來越多的使用鋰電池作為動力能源。為滿足水下航行器的能量和功率需求，鋰電池組常采用單體密堆積方式成組，且水下航行器的電池艙段為密封環境，鋰電池組長時間高倍率放電所產生的熱量容易積累，導致部分單體電池溫度過高，發生內短路，進而引發熱失控[1]。因此，對水下航行器的電池艙段進行散熱設計及仿真分析，對保證水中裝備鋰電池組的安全可靠工作具備重要意義。
本文以水下航行器電池艙段為研究對象，利用Icepak有限元分析軟件對不同條件下艙內空氣自然對流散熱和風冷散熱的電池艙段溫度場進行數值模擬，得到不同風機功率、風機方向、電池單元間隙條件下電池艙段內部的溫度氣流分布，分析了電池艙段內部傳熱特性，并研究了影響電池艙段溫度場的主要因素。
1 計算模型
1.1 模型簡化
水下航行器電池艙段一般較長，電池艙段內沿軸向的熱量傳遞極少，為節約計算時間，將電池艙段的熱仿真簡化電池模塊艙段熱仿真分析。此外，電池艙段內各種螺釘、導線和鋁合金外框等對電池溫度場的影響很小，故在熱仿真分析時也將其省略。電池模塊由8個電池單元堆積組成，電池單元由8個單體電芯串聯組成，對64個電芯從左下方開始，順時針依次編號，電池模塊艙段模型及電芯標號如圖1所示。
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