聲固耦合仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
聲固耦合仿真的視頻教程
Ansys workbench Harmonic Acoustics聲固耦合聲固諧響應(yīng)分析
采用ANSYS Workbench 2019版Harmonic Acoustics模塊計(jì)算了10-10000HZ的聲信號(hào)作用下的聲場(chǎng)、聲壓作用到結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、變形與頻率的關(guān)系曲線。
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ABAQUS案例—ABAQUS中聲固耦合、聲輻射分析方法精講
ABAQUS中有一套完整的聲固耦合分析方法。本課程詳細(xì)講述了ABAQUS中的聲固耦合分析、聲輻射分析方法。噪聲輻射分析中，需要模擬附著在結(jié)構(gòu)上的外部空氣，而且它是向外無限延伸的，因此直接用聲學(xué)有限單元去模擬無限的空氣區(qū)域是不合理的。在Abaqus中可以通過兩種方式來模擬無限聲學(xué)介質(zhì)的影響：一,使用聲學(xué)無限單元；二，用阻抗邊界來模擬。
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聲固耦合教程第2節(jié)帶源文件和視頻教程
采用ANSYSWORKBENCH 19.0聲學(xué)諧響應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)聲固耦合，通過一個(gè)關(guān)于空氣、水和鋼結(jié)構(gòu)的操作實(shí)例與視頻講解，描述了邊界條件中關(guān)于力的加載、加速度的加載、溫度的加載、聲信號(hào)的加載、聲壓力的加載以及約束的加載等方法。購(gòu)買課程后，有疑問的地方請(qǐng)聯(lián)系工程師QQ：921238461.
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聲固耦合仿真的實(shí)例教程
摘要
針對(duì)現(xiàn)有簡(jiǎn)單模型對(duì)水下實(shí)際目標(biāo)的仿真逼真度較差的情況, 利用COMSOL聲固耦合算法以及完全匹配層對(duì)二維潛艇簡(jiǎn)單模型受激勵(lì)后的散射聲場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)相同簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算對(duì)比, 計(jì)算結(jié)果基本吻合, 驗(yàn)證了COMSOL在計(jì)算大型目標(biāo)散射聲場(chǎng)時(shí)的有效性。最后以某型潛艇結(jié)構(gòu)為原型構(gòu)建了內(nèi)部艙室結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)材料屬性, 提高了模型相對(duì)于實(shí)際目標(biāo)的逼真度, 仿真了受激勵(lì)后的再輻射聲場(chǎng)。其結(jié)果可對(duì)水下主動(dòng)探測(cè)裝備發(fā)展提供參考。
水下目標(biāo)聲散射可看作目標(biāo)受激勵(lì)后的再輻射過程。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展, 有條件對(duì)水下目標(biāo)散射聲場(chǎng)進(jìn)而對(duì)主動(dòng)聲吶回波信號(hào)進(jìn)行較為精確的數(shù)值仿真, 避免了頻繁進(jìn)行海試試驗(yàn), 節(jié)省了大量的人力物力[1]。通過相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn), 國(guó)內(nèi)對(duì)于水下結(jié)構(gòu)的散射聲場(chǎng)數(shù)值仿真大都采用有限元與邊界元相結(jié)合的方法, 并在工程應(yīng)用方面取得了良好的結(jié)果[2], 但只是針對(duì)簡(jiǎn)單模型進(jìn)行仿真。近年來, 有學(xué)者利用新型多物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOL Multiphysics進(jìn)行了簡(jiǎn)單形狀模型以及小型加肋殼體模型的嘗試[3]。初步驗(yàn)證了利用該軟件計(jì)算目標(biāo)散射聲場(chǎng)的可行性, 但未見更復(fù)雜模型的仿真報(bào)道。而更加真實(shí)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)建模在仿真應(yīng)用中又是不可忽略的, 因此文中借助COMSOL軟件對(duì)復(fù)雜潛艇艙室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聲固耦合數(shù)值仿真分析, 為提高主動(dòng)聲吶回波信號(hào)仿真逼真度提供了有效借鑒。
展開 01
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聲固耦合
當(dāng)一個(gè)振動(dòng)的結(jié)構(gòu)體驅(qū)動(dòng)了傳遞聲壓波的氣體或液體（流體）時(shí)，就會(huì)有聲音產(chǎn)生。振動(dòng)著的物體可以是板、膜或固體。流體介質(zhì)中的壓力波也會(huì)在固體中產(chǎn)生振動(dòng)。這個(gè)過程也被稱為聲-結(jié)構(gòu)相互作用。這個(gè)相互作用是雙向的。
對(duì)“聲-結(jié)構(gòu)相互作用”的研究涉及到兩個(gè)不同領(lǐng)域的物理學(xué)分支的相互結(jié)合：聲學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)。在某些情況下，流體中的聲壓波和固體的振動(dòng)都強(qiáng)到足以發(fā)生顯著的相互影響，從而產(chǎn)生雙向的耦合。
在聲固耦合邊界
固體沿著交界面法向的加速度作用于流體
聲壓以法向單位面積載荷作用于固體
02
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雙向聲固耦合
揚(yáng)聲器中，音圈的上下移使揚(yáng)聲器的振膜發(fā)生振動(dòng)。這會(huì)使周圍的空氣產(chǎn)生壓力變化，并產(chǎn)生能讓人聽到的聲音信號(hào)。揚(yáng)聲器振膜周圍的空氣也會(huì)影響圓錐體本身的運(yùn)動(dòng)；其中的一個(gè)例子就是所謂的“附加質(zhì)量”。
揚(yáng)聲器空氣隨動(dòng)質(zhì)量計(jì)算
在揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，就必須要考慮到這些影響。
從上一節(jié)聲固耦合圖示中，可以清楚的知道聲固耦合原理。那么我們可以自己動(dòng)手進(jìn)行雙向聲固耦合。
以Comsol自帶的揚(yáng)聲器模型為例進(jìn)行說明。聲固耦合在單獨(dú)的多物理場(chǎng)耦合模塊中設(shè)置。如下圖所示。
既然進(jìn)行手動(dòng)耦合，那么先刪除這個(gè)聲結(jié)構(gòu)邊界。然后在聲場(chǎng)中定義法向加速度邊界，在到固體力學(xué)中加載邊界的聲壓。
和軟件自動(dòng)耦合結(jié)果對(duì)比，結(jié)果是完全一致的。只存在非常微小的數(shù)值計(jì)算誤差。
03
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拓展
手動(dòng)聲固耦合除了加深對(duì)軟件計(jì)算背后的原理的理解之外，還有一個(gè)額外的好處。當(dāng)可以認(rèn)為聲場(chǎng)對(duì)固體振動(dòng)影響很小時(shí)，可以手動(dòng)進(jìn)行單向的固體到聲場(chǎng)的耦合。
展開 本案例（附件中inp）講述了ABAQUS中的聲固耦合分析、聲輻射分析方法。ABAQUS中有一套完整的聲固耦合分析方法。
噪聲輻射分析中，需要模擬附著在結(jié)構(gòu)上的外部空氣，而且它是向外無限延伸的，因此直接用聲學(xué)有限單元去模擬無限的空氣區(qū)域是不合理的。在Abaqus中可以通過兩種方式來模擬無限聲學(xué)介質(zhì)的影響：一,使用聲學(xué)無限單元；二，用阻抗邊界來模擬。
在對(duì)外部的噪聲輻射問題進(jìn)行仿真分析時(shí)，無限單元法的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。無限單元可以直接在結(jié)構(gòu)上定義，或者也可以在聲學(xué)有限單元區(qū)域的終面上定義。
對(duì)于邊界阻抗技術(shù)，實(shí)質(zhì)上屬于無反射邊界條件。然而當(dāng)用此來模擬結(jié)構(gòu)外部的區(qū)域時(shí)，結(jié)構(gòu)與輻射表面的距離必須足夠大（通常取聲波波長(zhǎng)的1/3）。
聲學(xué)無限單元計(jì)算公式與聲輻射阻抗邊界的計(jì)算有幾個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別：無限單元采用更高階的差值函數(shù)，而聲輻射邊界則采用一階差值函數(shù)。雖然無限元計(jì)算每個(gè)單元的花費(fèi)更高，但是無限單元的要比阻抗邊界精確很多，因此通過減小無限元的單元規(guī)模，從而可以大大的降低結(jié)構(gòu)總的計(jì)算時(shí)間；本案例即是講解無限元單元法在模擬噪聲分析中的應(yīng)用。
展開 單一的CFD計(jì)算已經(jīng)不滿足現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)跨介質(zhì)計(jì)算需求，工程上更多關(guān)注結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的變形問題。因此，以平頭圓柱體為例，本案例運(yùn)用STAR-CCM+&abaqus對(duì)圓柱體入水100m/s過程進(jìn)行模擬，得到了結(jié)構(gòu)入水過程中周圍流場(chǎng)和自身響應(yīng)變化。
適用領(lǐng)域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結(jié)構(gòu)物漂浮等領(lǐng)域。ST
為了更好地了解風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，提高風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺(tái)， 利用OpenFOAM開源軟件進(jìn)行計(jì)算， 考慮流固耦合方式對(duì)風(fēng)機(jī)葉片上的氣動(dòng)載荷進(jìn)行分析。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
風(fēng)機(jī)在計(jì)算域中的示意圖
風(fēng)機(jī)在計(jì)算域中的示意圖
風(fēng)機(jī)在簡(jiǎn)化氣動(dòng)力下轉(zhuǎn)動(dòng)效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙的振動(dòng)響應(yīng)。
在此種模擬方法下，可以輸出風(fēng)場(chǎng)縱剖面速度云圖，考慮風(fēng)機(jī)的尾流效應(yīng)。
單風(fēng)機(jī)尾渦效果展示
雙風(fēng)機(jī)尾渦效果展示
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件，其良好的設(shè)計(jì)，可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。考慮流固耦合方式對(duì)風(fēng)機(jī)葉片上的氣動(dòng)載荷進(jìn)行分析，可以為風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供一個(gè)較為全面的建議及分析方法。
展開 
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聲固耦合仿真的最新內(nèi)容
雙向流固耦合仿真流程指南23天前
[圖片]
【全套源文件】STAR-CCM+ & Abaqus 聯(lián)合仿真：圓柱體高速入水雙向流固耦合(FSI)深度解析
【相關(guān)領(lǐng)域】：船舶與海洋工程、兵器科學(xué)、航空航天等跨域問題
【軟件版本】：STAR-CCM+ 2406 ABAQUS 202X以上
本人研究方向?yàn)楹Ｑ蠛叫衅骺缬蚨辔锢韴?chǎng)耦合，指導(dǎo)過多位相關(guān)專業(yè)碩士博士研究生，科研項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富。
1. 算例簡(jiǎn)介
本資源針對(duì)高速入水沖擊這一強(qiáng)非線性流固耦合難題
強(qiáng)烈推薦你選擇 技術(shù)鄰“ABAQUS 項(xiàng)目導(dǎo)航定制培訓(xùn)” 中的流固耦合相關(guān)課程，該課程完全契合 “操作與理論并重” 的核心需求，能從基礎(chǔ)幫你搭建流固耦合分析能力體系。
一、技術(shù)鄰課程核心適配性
作為專注于工程仿真領(lǐng)域的專業(yè)平臺(tái)，技術(shù)鄰?fù)瞥龅?“ABAQUS 項(xiàng)目導(dǎo)航定制培訓(xùn)” 課程，從課程設(shè)計(jì)、內(nèi)容覆蓋到服務(wù)模式，全方位匹配結(jié)構(gòu)仿真工程師 “補(bǔ)流體基礎(chǔ) + 學(xué)流固耦合 + 重操作與理論”
汽車領(lǐng)域：聚焦降噪與熱管理核心需求
汽車行業(yè)的流固耦合多圍繞提升駕駛體驗(yàn)展開，技術(shù)鄰案例直擊工作中的常見難題：
案例 1：主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)蓋聲固耦合仿真分析
1) 需求背景：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲會(huì)通過結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)，需分析發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的聲輻射情況，找到降噪優(yōu)化方向；
2) 核心難點(diǎn)：要讓聲學(xué)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格精準(zhǔn)匹配（耦合面節(jié)點(diǎn)偏差不能超過網(wǎng)格尺寸的 10%）；設(shè)置合適的聲壓級(jí)計(jì)算頻率（覆蓋人耳敏感的
權(quán)威師資：航天級(jí)實(shí)戰(zhàn)背景，教學(xué)口碑雙優(yōu)
課程主講人鄧怡超，擁有哈工大力學(xué)碩士學(xué)歷，曾任航天系統(tǒng) CAE 工程師，具備 “實(shí)戰(zhàn) + 教學(xué)” 雙重權(quán)威資質(zhì)：
1) 10 余年 ABAQUS 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)：精通流固耦合、非線性沖擊、聲固耦合等復(fù)雜仿真，主導(dǎo) “重點(diǎn)軍貿(mào)型號(hào)結(jié)構(gòu)分析”“航天器尾噴管碰撞仿真” 等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目；
2) 超萬人次教學(xué)經(jīng)驗(yàn)：線下培訓(xùn) 1000 + 人次、線上培訓(xùn) 10000
工程經(jīng)驗(yàn)夠硬核：10 余年 ABAQUS 全場(chǎng)景應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，精通流固耦合、非線性沖擊、聲固耦合等復(fù)雜仿真技術(shù)，曾主導(dǎo) “重點(diǎn)軍貿(mào)型號(hào)復(fù)雜裝配體剛度 / 強(qiáng)度分析”“航天器尾噴管隨機(jī)載荷碰撞仿真”“虎門大橋渦激振動(dòng)協(xié)同分析” 等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，對(duì)工程實(shí)際問題的理解遠(yuǎn)超普通講師；
2.
隨著工程仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，流固耦合仿真分析已成為很多工程領(lǐng)域解決流固耦合復(fù)雜問題的常用方法。作為一款行業(yè)應(yīng)用非常廣的工程仿真軟件，Workbench為工程師們提供了一個(gè)多軟件耦合平臺(tái)，可用于涉及流固耦合系統(tǒng)問題的仿真求解。
SimForge?高性能仿真平臺(tái)僅需通過web即可享受“PC式高性能體驗(yàn)”, 使用超算硬件資源和海量軟件資源開展工業(yè)仿真工作，高效快速地進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)研究
本案例利用Fluent 內(nèi)置雙向流固耦合FSI對(duì)液艙晃蕩仿真展開了計(jì)算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對(duì)不同楊氏模量的液艙內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行分析，后續(xù)可以通過該案例對(duì)不同的雙向流固耦合模型展開計(jì)算分析。
1 SCDM 設(shè)置
1.1 導(dǎo)入幾何
本案例根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，建立了對(duì)應(yīng)的液艙幾何模型。H為0.3m，寬度B為0.45 m，液艙靜止自由液面高度h為0.09m(30%H）：柔性構(gòu)件的厚度
這次小編為大家分享一個(gè)案例，用簡(jiǎn)單的模型來展示熱分析以及熱固耦合分析的流程。
①導(dǎo)入模型，賦予材料，自動(dòng)識(shí)別接觸關(guān)系
②設(shè)置熱分析載荷步
接觸關(guān)系設(shè)定為No thermal resistance，即接觸面可以傳熱，不會(huì)產(chǎn)生溫度差：
然后在其中一端給與高溫?zé)嵩?0攝氏度：
在側(cè)壁面設(shè)定熱對(duì)流
什么是無人機(jī)葉片的顫振
葉片顫振屬于流體誘發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象，是葉片振動(dòng)的一種形式。具體而言，彈性體的葉片在氣動(dòng)力作用下形成的氣彈耦合的自激振動(dòng)，稱為顫振。隨著無人機(jī)葉片性能的不斷提高，氣動(dòng)極限負(fù)荷增大，葉片往往設(shè)計(jì)得薄而長(zhǎng)，剛性下降，這導(dǎo)致葉片顫振發(fā)作的幾率增多。
無人機(jī)葉片顫振的影響
葉片顫振一旦發(fā)作，會(huì)產(chǎn)生大振幅的劇烈振動(dòng)，這種振動(dòng)對(duì)葉片的影響主要有以下幾個(gè)方面：
疲勞損壞：大振幅的振動(dòng)會(huì)使葉片在短時(shí)間內(nèi)裂斷
