聲傳播仿真的案例
智能座艙聲振建模技術：HVAC噪音傳播與多孔吸聲材料
包括吸收域和多孔域，可以用可滲透的輻射表面聲載荷來解決HVAC艙室噪聲。動畫顯示感興趣頻率之一的傳播中的效果艙。很明顯，忽略聲學傳播中的艙室效應（左），聲波在介質中自由輻射。然而，包括機艙屬性在內，聲輻射更加復雜，因為它現(xiàn)在包括反射和吸收。
自由場（左）和機艙（右）的聲學傳播
過去的研究表明，將聲學和流動分開求解的混合方法可以提供比其他參考解決方案更具代表性的結果。使用這些技術，我們可以看到，在我們期望駕駛員耳朵的區(qū)域，安裝條件可以提供超過10
dB
的聲級。因此，一旦安裝，包括傳播中的座艙屬性，將對
HVAC
噪聲預測產生重大影響。
駕駛員位置的自由場和安裝的聲音水平
Simcenter 3D
現(xiàn)在還支持具有異質流體結構域的模型。這意味著可以將座椅和其他吸收的表面建模為重空氣或真實的多孔材料，而機艙的其余部分則以常規(guī)的空氣流為模型。
綜述
CFD和聲學耦合仿真為HVAC致機艙噪聲問題提供了一種解決方案，并通過優(yōu)化的源建模和數(shù)據(jù)傳輸，同時將流量和聲學角色保持在自己的平臺上。可以有效地考慮機艙性能，而無需增加CFD解決方案的開銷。'
原文來源于SIEMENS博客，作者Korcan Kucukcoskun和Jonathan Melvin
展開 揚聲器設計與仿真-聲固耦合
01
—
聲固耦合
當一個振動的結構體驅動了傳遞聲壓波的氣體或液體（流體）時，就會有聲音產生。振動著的物體可以是板、膜或固體。流體介質中的壓力波也會在固體中產生振動。這個過程也被稱為聲-結構相互作用。這個相互作用是雙向的。
對“聲-結構相互作用”的研究涉及到兩個不同領域的物理學分支的相互結合：聲學和結構力學。在某些情況下，流體中的聲壓波和固體的振動都強到足以發(fā)生顯著的相互影響，從而產生雙向的耦合。
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
—
雙向聲固耦合
揚聲器中，音圈的上下移使揚聲器的振膜發(fā)生振動。這會使周圍的空氣產生壓力變化，并產生能讓人聽到的聲音信號。揚聲器振膜周圍的空氣也會影響圓錐體本身的運動；其中的一個例子就是所謂的“附加質量”。
揚聲器空氣隨動質量計算
在揚聲器的設計和優(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手進行雙向聲固耦合。
以Comsol自帶的揚聲器模型為例進行說明。聲固耦合在單獨的多物理場耦合模塊中設置。如下圖所示。
既然進行手動耦合，那么先刪除這個聲結構邊界。然后在聲場中定義法向加速度邊界，在到固體力學中加載邊界的聲壓。
和軟件自動耦合結果對比，結果是完全一致的。只存在非常微小的數(shù)值計算誤差。
03
—
拓展
手動聲固耦合除了加深對軟件計算背后的原理的理解之外，還有一個額外的好處。當可以認為聲場對固體振動影響很小時，可以手動進行單向的固體到聲場的耦合。
展開 一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（一維應力波模擬仿真；應力波在桿中傳播；應力波基礎；固體中的應力波） ￥49.99
一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（應力波基礎；固體中的應力波）
波動是一種常見的物質運動形式。波動是質點群聯(lián)合起來表現(xiàn)出的周而復始的運動現(xiàn)象。其成因是介質中質點受到相鄰質點的擾動而隨著運動，并將振動形式由遠及近的傳播開來，各質點間存在相互作用的力。在可變形固體介質中，對力學平衡狀態(tài)的擾動表現(xiàn)為質點速度的變化和相應的應力、應變狀態(tài)的變化。由于可變形介質的特性，當固體中的某些部分受到擾動因而處于力學上的不平衡狀態(tài)時，固體中的其他部分需要一定的時間才能感受到這種不平衡。當固體發(fā)生振動時，這種因應力和應變的變化而引起的擾動以波的形式在固體中傳播。
展開 28，F(xiàn)DTD仿真渦旋光的傳播 ￥1000
下面是我簡簡單單在FDTD中仿真的一個渦旋光的傳播。
渦旋光沿z軸向上傳播，兩側的4個動圖是不同z值時的XY面的光強分布，可以看到xy面上好像是一個厄密特光不停的旋轉，與一般印象中的”甜甜圈“狀渦旋光相去甚遠。這是因為這是時域中的結果，如果用監(jiān)視器轉變?yōu)轭l域中的結果那么就像下圖
看一下yz面的頻域結果，也是明顯的空心狀
最后，檢測一下相位，是非常典型的”渦旋“
這里只展示渦旋光，至于其他光源的仿真暫時懶得仿了。如果你有其他特殊光源想在FDTD中入射仿真，先自己多多嘗試，實在不會可以找我代做，根據(jù)難度定價，一般難度1000元。下面是付費內容，F(xiàn)DTD入射渦旋光。
展開 
揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態(tài)掃描得到的，和激勵信號無關。
在實際運動過程中，音圈在磁場中運動會生成感應電流，且磁路中的鐵件也會生成感應電流。根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。
所以在實際運動過程中感應電流會略微影響磁場，從而影響B(tài)l值。所以Bl（x）和激勵信號的頻率相關。
可以采用Comsol或者Ansoft Maxwell軟件（屬于Ansys公司）來進行仿真。
為減少計算規(guī)模，且只考慮揚聲器低頻段。在軟件中仿真磁路，同時耦合運動微分方程，導入Kms（x）的曲線。 需要采用移動網(wǎng)格，否則很難收斂。
得到幅值1A，100Hz的激勵電流下的Bl（x）循環(huán)。可以看到Bl（x）上下循環(huán)時變化較小，也就是運動過程中感應電流對磁場影響很小。
由此，也可以衍生出另一種揚聲器低頻失真仿真的方法。
得到位移的時域曲線
做快速傅里葉變換FFT。可以計算二次/三次諧波失真，最大位移，直流偏移等。如下圖100Hz的激勵信號，200Hz和300Hz的幅值/100Hz的幅值就是二次/三次諧波失真的數(shù)值。
歡迎關注微信公眾號：揚聲器系統(tǒng)設計與仿真
展開 新冠病毒氣溶膠傳播路徑的仿真模擬
細菌和病毒能夠以懸浮飛沫核為載體形成生物源性氣溶膠，在人與人之間完成傳播。
打噴嚏的噴發(fā)速度可以達到50m/s，傳播距離遠，擴散范圍廣。
小于5微米的氣溶膠通過空氣傳播
通過計算流體力學（CFD）軟件Fluent和人群運動軟件STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements）的聯(lián)合仿真模擬，可以對軌道交通內COVID-19病毒攜帶者打噴嚏時產生的一系列連鎖反應進行針對性的研究，如氣溶膠的運動、擴散、濃度分布以及感染人群等等。
解決方案
氣溶膠屬于多相流流體力學范疇，在空氣中的運動與擴散屬于離散流體流動，受空氣湍流、環(huán)境熱輻射以及顆粒間作用力影響。
本式例采用離散顆粒群軌跡模型DPM模擬噴嚏氣溶膠與空氣的相間耦合流動，采用k-ω SST模型模擬空氣的湍流運動，以Coupled方法進行壓力-速度耦合計算，最后與STEPS聯(lián)合仿真，構建軌道交通內生物源性氣溶膠擴散及感染人群的數(shù)值模擬解決方案。
具體操作
假設噴嚏氣溶膠為球形顆粒，直徑1.5-8.5微米，密度1100kg/m3，溫度310K，質量流率1 x e-10 kg/s，空氣密度為1.2kg/m3，主要受到重力、拖曳力和布朗力的作用。
仿真結果
■ 噴嚏氣溶膠自噴射后，向各個方向擴散，其傳播距離、擴散范圍與噴射速度成正比關系，速度越大，傳播距離越遠，擴散范圍越大。
■ 從顆粒物質量濃度圖可以看出氣溶膠顆粒污染物從人的口腔飛出后，在人的口腔附近有較小的密集分布，在人體前1.0m處基本向前下方運動，而氣溶膠顆粒隨氣流運動。
展開 聲屏障結構設計之——微弧式聲屏障立柱強度校核仿真APP
</p><p class="ql-align-justify">關于聲屏障立柱強度校核仿真APP的開發(fā)及應用，可查看：<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1958741" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://www.yqgqt.org.cn/post/1958741</a></p><p class="ql-align-justify">以下是<strong>微弧式聲屏障立柱強度校核仿真APP</strong>參數(shù)設置及部分仿真計算結果的展示。
展開 解密 | 仿真揭曉抑制病毒傳播的多個面
此時仿真專家想的更多的是：我們究竟可以幫著做些什么？他們深信平日里使用的這項技術對許多行業(yè)都有所裨益，其中自然也少不了醫(yī)療健康行業(yè)。在當下病毒肆虐，又將如何利用這項技術與人們共同戰(zhàn)疫呢？
在新冠肺炎疫情期間，Ansys聯(lián)合客戶、合作伙伴積極努力為抗擊疫情做出貢獻，通過運用我們的軟件、可用資源和員工的集體智慧，全力幫助受疫情影響的群體。本文將詳細介紹Ansys及其客戶和合作伙伴目前在抗擊病毒中采取的部分措施，以及更多知識分享。
防擴散之「保持適當社交距離（Social Distance）」
如今，全球人民被告知并知曉人與人之間最好保持2米（約6英尺）的人際距離。通過仿真技術，可以呈現(xiàn)出噴嚏和咳嗽飛沫究竟是如何在人際距離間進行傳播的，一目了然。該模型顯示病毒飛沫在空氣中迅速傳播，咳嗽時產生的飛沫會擴散到1米外的人的臉部、頸部和衣服上，而當相距2米時，由于重力將攜帶病毒的飛沫墜向地面，這種傳播風險就會顯著降低。
大量研究人員正借助仿真技術來深入了解可能包含病原體的飛沫如何傳播和感染他人，這些洞察將有助于研究如何能夠更有效地遏制飛沫型傳播
防擴散之「鍛煉時請保持更大距離」
以當前多國和地區(qū)建議的2米（6英尺）社交距離為例，試想，這一社交距離是放諸任何情境下都足夠安全嗎？當進行戶外鍛煉時，這個標準的社交距離是不夠的。Ansys合作伙伴也是來自埃因霍溫理工大學和魯汶大學的Bert Blocken與Fabio Malizia，他們構建的模型表明，為避免前面跑步或騎行者中的飛沫傳播，人們在運動的時候應保持更遠距離，如果緊跟在他人身后跑步，將會有極高的感染風險。
防擴散之「佩戴口罩，而且是正確的。」
那么戴口罩會有幫助嗎？已經感染者如果佩戴口罩，能將傳染他人的風險降低6倍。
展開 【揚聲器仿真高階應用】閉箱揚聲器橡膠邊在運動中異常形變
【揚聲器仿真高階應用】閉箱揚聲器橡膠邊在運動中異常形變
之前設計過一款低音揚聲器單元，使用在閉箱中，箱體容積對比單元的Vas非常小。當時那款產品采用的是凹橡膠邊，平板盆。在做可靠性功率試驗時橡膠邊破損。
經過調查，排除掉橡膠邊因本身應力過大導致破損等等原因。 同時，發(fā)現(xiàn)一個比較奇特反常的現(xiàn)象，橡膠邊在運動過程中產生異常形變。類似下圖。
上圖以及后面的案例均為非真實產品，僅作為示范說明。
初步懷疑異常形變的來源是閉箱內外的壓力差。 想通過仿真來復現(xiàn)此現(xiàn)象。
很直接的想法是用流固耦合的方法來做。不過計算很容易不收斂，且計算規(guī)模非常大。所以最終考慮采用等效的空氣壓力來簡化計算。
定義好橡膠邊內外受到的空氣壓力（位移相關）。除靜止狀態(tài)外，內外存在壓力差。
由于這是個強非線性過程，所以需要將網(wǎng)格劃分得略細一些。 尤其注意轉角處的網(wǎng)格劃分，避免非真實情況的應力極度集中。
在紙盆處加載位移或者力
紅色圈的是異常部位。黑色線條代表正常狀況下應該形成的曲線。
從3D圖中看得更明顯
下面是動態(tài)的過程演示，顯示可能稍微有點問題。 不過可以大致了解其運動過程中的狀態(tài)。供各位參考。
最終的解決方案大家可以憑借設計經驗自行判斷。
歡迎關注微信公眾號：揚聲器系統(tǒng)設計與仿真
展開 基于智能裂紋擴展方法在CT樣本中進行裂紋擴展傳播仿真 ￥5
裂紋擴展模擬一直是學術界和工業(yè)界的一個難題。Ansys機械提供分離變形和自適應重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴展的SMART技術。SMART裂紋擴展方法自動評估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應力強度因子或j積分），并根據(jù)用戶定義的臨界值進行檢查。該算法還計算了滿足裂紋擴展準則時的裂紋擴展角。隨著裂紋的擴展，裂紋尖端周圍的網(wǎng)格自適應細化。
?
基于ls-dyna正弦波在管道上的傳播仿真過程 ￥5
基于ls-dyna正弦波在管道上的傳播仿真過程
導波檢測具有單點激勵，長距離檢測的優(yōu)點，廣泛應用于橋梁、管道等檢測領域。隨著我國西氣東輸?shù)裙こ探ㄔO．管道網(wǎng)絡的定期維護與檢測成為社會關注的熱點。由于介質腐蝕、管道老化等因素的影響，管道事故頻發(fā)，管道導波檢測技術迅速發(fā)展起來。
使用Ansys/ LS-DYNA，建立管道表面激勵接收導波信號的仿真模型，分別在激勵區(qū)域施加瞬時力載荷，模擬正弦波在管道中的傳播情況。過程如下：
一、前處理
1、打開軟件
2、選擇單元，solid164
3、定義材料參數(shù),注意使用單位是g/cm/us
4、建立模型，
（1）管的截面的過程
布爾操作后刪除不要的部分
（2）拉伸為體，注意有缺陷的地方
5、分網(wǎng)格，建立有限元模型，采用8節(jié)點6面體單元
（1）周向分為32段
（2）徑向分為4段
（3）長度按1cm/段（缺陷處為2段）
有限元網(wǎng)格如下：
6、生成PART
7、定義邊界，加載約束條件。先定義為非反射邊界并加載，生成K文件后，修改為加載端
8、定義輸出選項
（1）計算時間1600us
（2）時步控制，采用默認值
（3）結果文件類型
（4）結果文件輸出間隔3.125us
10、生成K文件
二、修改K文件
1、非反射邊界修改為力的加載
2、定義力（離散為曲線點）
三、計算
（1）計算的設置
四、結果
1、波的傳播
2、從缺口出反射的波
3、從端口出反射的波
展開 
Simcenter 3D 專業(yè)仿真分析平臺聲振仿真技術網(wǎng)絡研討會
Simcenter 3D Acoustics秉承了LMS Virtual.Lab在聲振分析方面的領先技術，其BEM與FEM AML技術代表了相應聲振仿真領域的最高水平，在內場與外場聲振預估以及聲學內飾精確建模方面有獨具特色。Simcenter 3D Acoustics同時融合了NX CAD/CAE在三維建模、前后處理方面的優(yōu)勢，您在本研討會中可以看到，基于CAD底層的CAE分析工具之于仿真驅動設計的意義所在！
主講人：劉瑩
內容安排：
1.Simcenter 3D平臺介紹
2.Simcenter 3D Acoustics核心技術特點
3.應用案例和功能展示
l 進氣諧振腔的耦合聲輻射分析和快速What-if研究
l 基于FEM-AML的變速箱聲輻射分析
l 基于BEM的揚聲器耦合聲場分析
免費參加本次研討會方式見附件說明及鏈接。
展開 通過仿真分析高強度超聲聚焦技術在生物組織中的傳播
我們可以通過仿真進一步分析該技術的聲學特性和非線性性質。
用于醫(yī)療的超聲聚焦
超聲聚焦是一種在臨床應用中廣泛使用的技術，它聚焦身體的特定區(qū)域，并能防止損害周圍健康組織的風險。高強度聚焦超聲與超聲成像類似，但它是一種侵入性較小的技術。這種技術使用較低的頻率，減少了其他治療方法中常見的副作用。
高強度超聲聚焦使用帶有聚焦透鏡的超聲波換能器，其發(fā)射的信號可以在聚焦區(qū)內達到較高的強度水平。當信號達到高幅值時，非線性效應變得明顯并產生高次諧波。使用 COMSOL Multiphysics? 軟件和聲學模塊，我們可以對高強度聚焦超聲通過耗散介質的非線性傳播進行建模。
在焦點區(qū)域內模擬超聲波信號
本教程模型中使用的換能器外殼和鏡頭被假定為剛性的。半徑為（r）和孔徑為（a）的球面透鏡發(fā)出一個五個周期聲波脈沖，聚焦在位于組織中的焦點 F。信號的振幅為 0.1MPa，中心頻率為 1MHz，在傳播過程中只會涉及有限的部分域。當信號傳播時，振幅足以產生高階諧波，但不足以形成激波，這意味著不需要能夠捕獲激波的功能。
二維軸對稱幾何模型的圖解。
我們可以使用以下公式計算從信號到焦點的傳播時間：
其中，c 是聲速，d 是相應材料中的傳播距離。
使用 COMSOL Multiphysics 5.6 版提供的非線性壓力聲學，時域顯式 接口，我們可以模擬流體中的有限幅值高聲壓級非線性波。在本教程中，該接口使用間斷伽遼金有限元法(dG-FEM)，以雙曲守恒律的形式求解非線性聲學方程組。這是一種更節(jié)省內存的方法，可以求解決具有數(shù)百萬自由度(DOFs)的模型。
通常，當求解一個波傳播問題時，網(wǎng)格需要足夠細，以解析信號的頻率信息。本教程中使用的模型以脈沖為特征，使得傳播信號在空間中是有限的。
展開 一文了解基于聯(lián)合仿真的電機聲品質分析
電動傳動系統(tǒng)噪聲成作為新能源汽車內部的最大噪聲源一直備受關注，其中由于電機噪音與傳統(tǒng)內燃機噪音截然不同的聲音特征，也讓傳統(tǒng)的NVH分析工具在面對電機的聲品質問題時顯得力不能及。
Ansys VRXPERIENCE Sound聯(lián)合多物理場仿真工具，協(xié)助用戶在電機及電動車從早期設計和驗證階段開始就能準確的評價和優(yōu)化電機的NVH特性，為其提供一個高效多維度的電機聲品質設計及驗證解決方案，有效提升電機NVH性能的開發(fā)效率。
通過Ansys Maxwell和 Mechanical 的耦合諧響應分析，我們可以快速獲得電機的多轉速振動噪聲瀑布圖，但是我們并未止步于此，利用Ansys最新的聲音品質設計模塊，工程師可以進一步對電機噪聲的階次與聽覺感受進行研究。利用Ansys VRXPERIENCE Sound Pro軟件擴展電機噪聲聯(lián)合仿真流程，讓仿真結果不僅能聽得見，還可以進一步開展深入的分析優(yōu)化。通過疊加實際噪聲的傳遞函數(shù)以及電機工作環(huán)境的背景噪聲，實現(xiàn)了快速準確的電機整體聲品質評價可能。
一、基于仿真的電機產品的NVH性能評估
基與Ansys Maxwell 和 Mechanical 的耦合諧響應分析結果，進一步憑借直觀聽感和聲學分析工具，診斷、評價、優(yōu)化電機NVH設計。
回放、評估電機聲學仿真結果
電機生產制造的關鍵NVH參數(shù)控制
參數(shù)化的電機NVH設計優(yōu)化
電機噪音振動問題診斷
電機設計參數(shù)變更對NVH性能影響的預測
二、電機實際應用場景下的聲品質開發(fā)及預測
通過疊加實際噪聲的傳遞函數(shù)以及電機工作環(huán)境的其它噪聲，快速準確的評價電機整體聲品質。
展開 VirtualLab Fusion系列課程 | VirtualLab Fusion光束整形及空間光束傳播仿真
[圖片]
