近場遠(yuǎn)場分析的案例
框架結(jié)構(gòu)近場、遠(yuǎn)場地震非線性動力分析
遠(yuǎn)場、近場地震結(jié)果分析
近場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節(jié)點650
節(jié)點530
節(jié)點410
節(jié)點290
節(jié)點170
節(jié)點32
最大值
5.907
5.475
4.657
3.472
2.391
1.182
最小值
-4.946
-4.518
-3.798
-2.813
-1.760
-0.956
遠(yuǎn)場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節(jié)點650
節(jié)點530
節(jié)點410
節(jié)點290
節(jié)點170
節(jié)點32
最大值
4.14596
3.63658
3.2745
2.8727
2.3499
1.26615
最小值
-3.6055
-3.690
-3.6656
-3.2505
-2.42285
-1.34764
可以看出，相同峰值加速度工況下，無論是位移還是加速度放大效應(yīng)，近場地震波作用下框架結(jié)構(gòu)頂部節(jié)點的放大效應(yīng)要大于遠(yuǎn)場地震波，所以，在地震時程分析過程中，不能忽略近場地震波的放大作用。
展開 OptiFDTD：二進(jìn)制光柵建模及近場和遠(yuǎn)場模擬
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
（1）FDTD主要進(jìn)行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內(nèi)存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換工具，當(dāng)用戶定義距離時可以得到遠(yuǎn)場圖案。
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠(yuǎn)場
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠(yuǎn)場
OptiFDTD：二進(jìn)制光柵建模及近場和遠(yuǎn)場模擬
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
（1）FDTD主要進(jìn)行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內(nèi)存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換工具，當(dāng)用戶定義距離時可以得到遠(yuǎn)場圖案。
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠(yuǎn)場
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠(yuǎn)場
OptiFDTD：二進(jìn)制光柵建模及近場和遠(yuǎn)場模擬
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
（1）FDTD主要進(jìn)行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內(nèi)存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換工具，當(dāng)用戶定義距離時可以得到遠(yuǎn)場圖案。
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠(yuǎn)場
遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠(yuǎn)場
ANSYS經(jīng)典APDL電磁分析遠(yuǎn)場單元注意事項及算例
本文以二維靜態(tài)磁場為例，介紹一下使用遠(yuǎn)場單元注意事項，并給出一個簡單的APDL算例，軟件版本ANSYS19.0。
一、問題介紹及注意事項
對于ANSYS二維靜態(tài)磁場分析，磁力線總是平行或垂直于邊界的，有時與實際情況是不符的，這時候就要引入infin110等遠(yuǎn)場單元。下面就以infin110為例，列出幾項遠(yuǎn)場單元的注意事項：
1）infin110只需在最外層劃分一層單元。
2）最外層的infin110單元應(yīng)是像點光源一樣發(fā)散狀的，而不是內(nèi)收的。
3）infin110每個單元應(yīng)該只有一個邊在最外層。
4）遠(yuǎn)場單元外表面需要施加INF無限邊界才能起作用。
5）圓弧狀的外邊界往往能得到最佳的結(jié)果。
展開 VirtualLab運用：線性正弦光柵的的近場和效率分析
不同放大倍率顯示
數(shù)值的表格顯示
級次計算(周期=10μm)
近場位相值(周期=1μm)
■ 再次顯示3個周期。
■ 由于共振效應(yīng)，具有小尺寸結(jié)構(gòu)的光柵不在產(chǎn)生正弦位相分布。
■ 振幅同樣劇烈地改變。
■ 此時變化范圍從0.2 ~ 1.2.
■ 這是光柵周期趨近于波長量級時的典型現(xiàn)象。
說明
該案例中波長532nm,光柵周期1um，即結(jié)構(gòu)在波長范圍內(nèi)，通常要求采用傅里葉模態(tài)法進(jìn)行嚴(yán)格分析。
因此VirtualLab非常適合這樣的研究工作。
此次僅計算3個反射級次和5個透射級次。因此分析速度很快。
不同變倍比顯示
數(shù)值的表格顯示
總結(jié)
■ VirtualLab可對表面光柵進(jìn)行嚴(yán)格仿真。
■ 利用光柵工具箱，用戶可將嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法作為傳播技術(shù)和強大的計算工具，如對光柵近場和衍射效率的計算。
展開 JCMSuite應(yīng)用：光場通過六方晶胞的近場分析
JCMsuite計算近場分布。下圖顯示了當(dāng)波長為193nm時，平面波從襯底側(cè)垂直入射到結(jié)構(gòu)內(nèi)的近場強度
S偏振光照明的場矢量
P偏振光照明的場矢量
后處理傅里葉變換計算透射衍射級次的振幅。
lsdyna近場動力學(xué)分析-鋼球撞夾層板玻璃
而近場動力學(xué)方法將物體離散成一系列空間域內(nèi)的物質(zhì)點，一個物質(zhì)點的狀態(tài)被在一個有限半徑的區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)點所影響，采用積分方程描述物質(zhì)點的運動，該理論突破了連續(xù)性假設(shè)和空間微分方程在不連續(xù)問題上出現(xiàn)的求解瓶頸。
為三維固體材料的破壞行為提供了一種新的思路，采用非連續(xù)型網(wǎng)格，采用section solid peri界面，材料采用292號elastic peri材料，一般用于脆性材料，玻璃，水泥，硬塑料等，g是材料破壞參數(shù)，當(dāng)問題已壓縮破壞為主時，輸入gs，一般gs=2*gt，對于其他問題，gs空著不填
模型簡介如下：夾層板上下為玻璃，采用mat_elastic_peri材料，中間為PC板，球以30m/s的速度撞擊平板，觀察平板的版型和應(yīng)變。
效果如下：
最后給大家附上免費的k文件供大家學(xué)習(xí)。
moxing.k
展開 Ansys Lumerical | 超透鏡設(shè)計案例分享第二部分：OpticStudio 中的整體透鏡設(shè)計
該設(shè)計的近場和遠(yuǎn)場分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴(yán)格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗證。
注意：在 Zemax 中進(jìn)行進(jìn)一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關(guān)鍵結(jié)果
超透鏡由精心排列的具有亞波長結(jié)構(gòu)的“單位晶格”或“元原子”組成。通過調(diào)整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對于平面波的相位響應(yīng)情況。借助幾何參數(shù)方面的相位知識，可以通過將元原子放置在必要的位置來創(chuàng)建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標(biāo)相位分布
第一步是定義超透鏡的目標(biāo)相位分布。對于最常見的透鏡類型，例如球面或柱面元件，我們可以使用已知的解析解獲取相位分布。然而，對于更復(fù)雜的系統(tǒng)，解析解將不存在或難以計算，我們可以使用光線追跡和優(yōu)化功能在OpticStudio中設(shè)計理想的相位掩模。
第2步：單位單元仿真-高度和半徑掃描
在這一步中，我們掃描納米棒的高度和半徑，并獲得其透射、相位和近場信息，從而選擇出對應(yīng)所需傳輸和相位特性的納米棒高度情況，然后保存相位與光場相對于半徑的結(jié)果以供后續(xù)步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補充工具引入，并與FDTD進(jìn)行比較以進(jìn)行驗證。
第3步：整體透鏡設(shè)計
一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據(jù)上一步的目標(biāo)相位分布以及其相對于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。仿真得到的近場光束可用于遠(yuǎn)場分析并導(dǎo)出為.ZBF 文件，以便在Ansys OpticStudio中進(jìn)一步傳播。
展開 Lumerical | 超透鏡設(shè)計：Lumerical 與 Zemax 的互通性第一部分
該設(shè)計的近場和遠(yuǎn)場分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴(yán)格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗證。
注意：在 Zemax 中進(jìn)行進(jìn)一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關(guān)鍵結(jié)果
超透鏡由精心排列的具有亞波長結(jié)構(gòu)的“單位晶格”或“元原子”組成。通過調(diào)整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對于平面波的相位響應(yīng)情況。借助幾何參數(shù)方面的相位知識，可以通過將元原子放置在必要的位置來創(chuàng)建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標(biāo)相位分布
第一步是定義超透鏡的目標(biāo)相位分布。對于最常見的透鏡類型，例如球面或柱面元件，我們可以使用已知的解析解獲取相位分布。然而，對于更復(fù)雜的系統(tǒng)，解析解將不存在或難以計算，我們可以使用光線追跡和優(yōu)化功能在OpticStudio中設(shè)計理想的相位掩模。
第2步：單位單元仿真-高度和半徑掃描
在這一步中，我們掃描納米棒的高度和半徑，并獲得其透射、相位和近場信息，從而選擇出對應(yīng)所需傳輸和相位特性的納米棒高度情況，然后保存相位與光場相對于半徑的結(jié)果以供后續(xù)步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補充工具引入，并與FDTD進(jìn)行比較以進(jìn)行驗證。
第3步：整體透鏡設(shè)計
一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據(jù)上一步的目標(biāo)相位分布以及其相對于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。仿真得到的近場光束可用于遠(yuǎn)場分析并導(dǎo)出為.ZBF 文件，以便在Ansys OpticStudio中進(jìn)一步傳播。
展開 Ansys Lumerical | 超透鏡設(shè)計第三部分：如何基于Lumerical以及OpticStudio完成全面的超透鏡設(shè)計
該設(shè)計的近場和遠(yuǎn)場分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴(yán)格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗證。
注意：在 Zemax 中進(jìn)行進(jìn)一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關(guān)鍵結(jié)果
超透鏡由精心排列的具有亞波長結(jié)構(gòu)的“單位晶格”或“元原子”組成。通過調(diào)整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對于平面波的相位響應(yīng)情況。借助幾何參數(shù)方面的相位知識，可以通過將元原子放置在必要的位置來創(chuàng)建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標(biāo)相位分布
第一步是定義超透鏡的目標(biāo)相位分布。對于最常見的透鏡類型，例如球面或柱面元件，我們可以使用已知的解析解獲取相位分布。然而，對于更復(fù)雜的系統(tǒng)，解析解將不存在或難以計算，我們可以使用光線追跡和優(yōu)化功能在OpticStudio中設(shè)計理想的相位掩模。
第2步：單位單元仿真-高度和半徑掃描
在這一步中，我們掃描納米棒的高度和半徑，并獲得其透射、相位和近場信息，從而選擇出對應(yīng)所需傳輸和相位特性的納米棒高度情況，然后保存相位與光場相對于半徑的結(jié)果以供后續(xù)步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補充工具引入，并與FDTD進(jìn)行比較以進(jìn)行驗證。
第3步：整體透鏡設(shè)計
一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據(jù)上一步的目標(biāo)相位分布以及其相對于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。仿真得到的近場光束可用于遠(yuǎn)場分析并導(dǎo)出為.ZBF 文件，以便在Ansys OpticStudio中進(jìn)一步傳播。
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使用貝塞爾面板基準(zhǔn)模型分析揚聲器陣列
工程技術(shù)人員通過分析貝塞爾面板系統(tǒng)的基準(zhǔn)模型，可以優(yōu)化揚聲器陣列和其他聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計。
貝塞爾函數(shù)與貝塞爾面板
在 19 世紀(jì)，德國數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家 Friedrich Bessel 在研究行星運動時使用了 Bernoulli、Euler 及其他科學(xué)家之前用過的函數(shù)，這些函數(shù)后來被稱為貝塞爾函數(shù)，在聲學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。貝塞爾函數(shù)可以用來分析圓膜的振動，比如鼓的振型.的沿徑向部分。這些函數(shù)還可以表明具有獨立輸入信號的無限陣列揚聲器如何實現(xiàn)與單個揚聲器相同的聲音分布模式。
1983 年，飛利浦公司基于貝塞爾函數(shù)的理念，獲得了一種揚聲器系統(tǒng)的專利，它被稱為貝塞爾面板，這種面板可以提供一種方法來布置低成本的標(biāo)準(zhǔn)揚聲器來產(chǎn)生呈放射狀分布的聲音。這種揚聲器不僅價格低廉，還可以在不使用有源器件或無源器件的情況下進(jìn)行組裝。
典型貝塞爾面板組合中每個揚聲器的裝配和輸入。
雖然貝塞爾面板如今并不常用，但它們是分析揚聲器聲音分布的一個很好的著手點。貝塞爾面板基準(zhǔn)模型表明，使用 COMSOL Multiphysics? 軟件和附加的聲學(xué)模塊對于這種類型的近場和遠(yuǎn)場聲學(xué)分析是一種行之有效的方法。
利用 BEM-FEM 混合方法為貝塞爾面板建模
貝塞爾面板的模型幾何結(jié)構(gòu)由多個揚聲器組成，每兩個相鄰揚聲器之間相距 0.5 米，一個長方體圍繞點陣列周圍延伸 0.2 米。
貝塞爾面板模型幾何結(jié)構(gòu)示意圖。
以相同模式排列的五個貝塞爾面板近似一個純輻射聲場。每個面板由五個揚聲器組成，它們排成一行，間距相等。對于這個系統(tǒng)，輸入（電壓和電流）由因子 1、2、2、-2 和 1 加權(quán)，因此我們得到極坐標(biāo)下均勻的遠(yuǎn)場分布。
展開 智能熱流體仿真軟件AICFD 2023R2新版本功能介紹
AICFD 2023R2進(jìn)一步豐富和完善前后處理功能，包含：
■ 新增多種網(wǎng)格文件格式導(dǎo)入；
■ 支持千萬級網(wǎng)格的導(dǎo)入、前后處理和求解，充分滿足工程應(yīng)用需求；
■ 材料庫新增汽車行業(yè)常用材料，比如玻璃、隔熱材料等；
■ 新增邊界條件復(fù)制粘貼、導(dǎo)入導(dǎo)出功能，操作便捷易用；
■ 新增渦量、聲源強度、六分力等更多變量輸出；
■ 優(yōu)化后處理界面響應(yīng)速度，平均提升響應(yīng)速度較之前版本提升7倍以上；
■ 提升工程文件保存速度；
■ 優(yōu)化噪聲后處理，在同一個后處理界面可進(jìn)行噪聲遠(yuǎn)場、近場分析。
圖2 支持8000萬以上規(guī)模的網(wǎng)格導(dǎo)入、顯示交互和求解計算
圖3 邊界條件的復(fù)制粘貼和導(dǎo)入導(dǎo)出功能
2）支持有界中心差分等動量方程數(shù)值格式，兼顧計算精度和穩(wěn)定性
AICFD提供多種數(shù)值計算格式，用戶可根據(jù)流體仿真問題的特性選擇數(shù)值格式，提升計算精度和穩(wěn)定性。AICFD 2023R2新增有界中心差分等數(shù)值格式，特別適用于汽車外氣動計算場景，可有效提升計算精度和穩(wěn)定性。
（a）車身壓力分布云圖
（b）仿真結(jié)果與實驗對比
圖4 某汽車模型的風(fēng)阻計算，計算精度與實驗偏差在3個count以內(nèi)
3）豐富和優(yōu)化湍流模型，提升計算精度
AICFD具備15種湍流模型，覆蓋雷諾平均（RANS）、分離渦模擬（DES）、大渦模擬（LES）類型，可計算穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)湍流流動。AICFD 2023R2新增IDDES（Improved Delayed DES）瞬態(tài)湍流模型，適合求解汽車外氣動瞬態(tài)問題，提升氣動噪聲仿真精度。
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