聲學模態分析的案例
水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
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小；</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>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經帶有聲學<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 【iSolver案例分享18】一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析
圖 3 導入網格模型
HyperMesh導出的體網格是結構網格，聲學模態分析網格類型為聲學單元，iSolver支持1階、2階聲學單元，在這里我們設置為聲學一次線性單元。
圖4設置網格類型為聲學單元
1.3 物理屬性設置
導入后只有網格，還需設置物理屬性。
首先進行材料設置：創建材料,設置空氣密度，體積模量為141610（iSolver內部根據這兩個量將自動計算聲速=340）。
圖 5 設置材料
創建模態分析步，取前10階模態：
圖 6 設置模態分析步
如果邊界不做任何設置，那么iSolver中會默認是剛性壁面邊界，在此我們選擇圓柱的一端，設置為聲壓邊界，聲壓強制為0：
圖 7 左側設置為聲壓邊界
1.4 計算
在iSolver中創建Job。
展開 聲學仿真專題 | 直管的聲腔模態分析
1 建模
兩端封閉直管內的空氣模型如下圖所示：
2 材料參數
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
聲腔模態分析的設置如下：
5 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
6 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
7 兩端封閉直管改為一端封閉、一端打開
只需要在分析設置上稍作修改，兩端封閉的直管就可以變為一端封閉一端打開的直管，如下圖所示：
8 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
9 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
10 兩端封閉直管改為兩端打開
只需要在分析設置上稍作修改，兩端封閉的直管就可以變為兩端打開的直管，如下圖所示：
11 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
12 對比理論解
理論解如下，驗證了仿真結果的正確：
展開 聲學仿真專題 | 汽車內的聲腔模態分析
隨著NVH分析在各行各業的興起，聲音分析也成為結構工程師需要了解和掌握的技能。本文演示汽車聲腔，介紹聲腔模態的有限元仿真方法。
1 建模
汽車內的空氣模型如下圖所示：
2 材料參數
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
聲腔模態分析的設置如下：
5 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
6 考慮座椅的吸聲效應
在以上設置的基礎上，考慮座椅的吸聲效應，如下圖所示：
7 分析結果
前六階非零模態頻率如下：
展開 
聲學仿真專題2 | 矩形水箱液面晃蕩模態分析
本文使用聲學模塊求解水箱內液面的晃蕩頻率。
1 建模
水箱內有水，模型如下圖所示：
2
材料參數
水的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
液面晃蕩頻率分析的設置如下：
5 分析結果
液面延著長邊晃蕩頻率結果如下：
6 對比理論解
根據前人的研究，液面晃蕩頻率計算公式如下：
根據水箱的幾何特征，公式計算結果如下：
驗證了仿真結果的正確：
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 聲學仿真專題 | 圓柱水箱液面晃蕩模態分析
南京安世亞太公司
本文使用聲學模塊求解圓柱水箱內液面的晃蕩頻率，水箱安置在鋼結構框架上，固定鋼結構的底部。
1 建模
模型如下圖所示：
2 材料參數
水的密度和聲速如下圖所示：
3網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
液面晃蕩頻率分析的設置如下：
5 分析結果
液面延著長邊晃蕩頻率結果如下：
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列44：聲學分析（3）-濕模態
我們在實際研發CAE軟件過程中發現難的不是這些多物理場公式等的編寫，難的是如何在現有的結構CAE軟件基礎上在前后處理和求解器層面分別加入其它分析能力，同時又保持原有框架的可擴展性和易維護性，當然，拋開多物理場，就算僅研發結構CAE軟件如何在維持現有框架結構基礎上在軟件層面添加新的功能也是實際中我們需要花大力氣研究的一個關鍵點，這也是我們理解的在研發上理論上的有限元和工程上的有限元分析的最大區別。
現階段我們只討論聲學物理場，由于聲學涉及的問題較多，我們僅限于和實際工作中用到的和結構強相關的部分內容，水平有限，同時對聲學理論等理解的也不夠透徹，可能有很多問題，大家有疑問也歡迎多討論。我們分幾篇文章來說明，本篇是聲學分析（3）-濕模態。
==第44篇：濕模態分析==
2.1.1 濕模態概念
一個結構體在真空中的振動和在周圍流體介質中的振動有時差異巨大，必須分開考慮，此時有干濕模態之分，以下干濕模態概念選之：結構振動問題中的干模態和濕模態 - 知乎 (zhihu.com)
模態分析是結構動力學問題中最為普遍的一個問題，大家對這個概念也非常熟悉，它是結構的固有特性，在不考慮阻尼的影響下，只與結構的剛度和質量有直接關系。
本文所涉及的問題是有關干、濕模態的計算，屬于模態問題中經常遇到的問題。通常我們所計算的模態其實是干模態，主要是由于結構放置在空氣中而空氣這一流體對結構的影響幾乎可以忽略不計，所以基本上可以默認為就是干模態。
但是嚴格意義上講，受流體附帶阻尼及剛度的影響，這類的模態仍然是濕模態。所謂濕模態是考慮流體對結構的作用，也就是在通用的振動方程中加入了有關流體的附加質量及剛度矩陣（Kx、Mx），這塊相互作用對結構的模態存在一定的影響，尤其是涉及諸如油、水等液體的作用。
展開 superxjw原創教程：LMS Virtual.Lab 聲學視頻教程 第十四課 預應力結構模態分析
在本課中將主要介紹如何在LMS Virtual.Lab中進行預應力結構模態分析。眾所周知，對于振動噪聲分析來說，做好模態分析、振動分析是進行噪聲分析的前提。對于普通的結構模態分析，在視頻教程第一課中已經有了詳細講解，但是對于一些特殊的結構，例如壓力容器、考慮張力的結構（如琴弦）、以及考慮自身重力引起內部應力的結構來說由于預應力的存在將增加結構的整體剛度，從而影響結構模態，提高模態頻率。在本課視頻中就詳細講解了如何進行預應力結構的模態分析。在LMS Virtual.Lab 12中，已經將LMS Samcef結構求解器中的線性結構求解器部分全部融入到了Virtual.Lab平臺，因此LMS Virtual.Lab中的結構求解器進一步加強，包括了線性靜力求解器、模態疊加、模態映射、基于模態映射的聲振耦合、直接NTF計算、瞬態振動響應求解等全新內容，本課在使用LMS Virtual.Lab自帶結構求解器進行預應力模態分析的同時，還向大家展示了如何使用LMS Virtual.Lab的前后處理功能，調用Nastran進行分析。LMS Virtual.Lab不僅支持Nastran，還可以對ANSYS、Radioss、LS-DYNA等求解器進行前后處理，極大地方便了用戶。（注意：本視頻課程中第二部分為使用Virtual.Lab調用Nastran進行預應力模態分析，旨在進行LMS Virtual.Lab 求解器與Nastran求解器的分析結果對比，學習者重點掌握如何使用LMS Virtual.Lab進行預應力模態分析即可！）
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展開 模態分析振動與噪聲測試技術和信號處理與軟計算
一、研修專家及授課內容 ：
1、課程一：“信號處理與軟計算–及其工程應用”
主講老師：史習智 上海交通大學教授，博士生導師
1、信號處理與軟計算經典方法
傅里葉變換與快速算法
數字濾波器
相關分析與譜分析
2、現代譜估計 - 參數模型
3、軟計算 （智能方法）- 神經網絡與信號處理
4、工程應用案例（以振動和聲學領域為主）
振動環境控制 - 飛行器、船舶、化工等的振動/噪聲環境試驗
故障振動診斷 - 大型風機等旋轉機械的診斷項目
產品質量的聲學控制\聲源定位
特征提取 -介紹有關模式識別的基本知識及相關案例
軸承監測 - 大型pump,演示PRISM4 軟件
5、討論選題 – 信息融合 空時自適應 壓縮感知 分布感知
2、課程二：“模態分析、振動與噪聲測試技術及其應用”
主講老師：姜節勝 西北工業大學資深專家教授，博士導師，模態分析與試驗專家
張永強 振動、沖擊、噪聲領域實踐專家
1、模態分析理論介紹
2、模態測試和參數識別技術
3、載荷識別和有限元模型修正應用
4、結構動力學優化設計技術及實例分析
5、振動模態聲學測試分析技術
6、數字信號處理（DSP）技術
7、實驗模態分析（EMA）的典型應用
8、實驗模態綜合技術應用
9、聲振特性的估計
10、現場振動、模態聲音信號測試分析
11、振動測試、降噪經典應用實例 （機床、汽車、橋梁、飛機等）
有需要參加的朋友可以聯系我 季老師 郵箱:799759664@qq.com 或留下郵箱，我把詳細課程內容發給您
展開 聲學仿真技術標桿：MSC Actran 賦能多行業精準降噪與性能優化
Actran VibroAcoustics 振動聲學模塊：支持直接法與模態疊加法兩種求解路徑，可耦合結構動力學模型（如 MSC Nastran、Abaqus 計算結果），實現結構振動與聲場的雙向耦合分析。在新能源汽車電機噪聲優化中，該模塊可識別電磁徑向力波與定子模態的共振頻率，通過諧響應分析量化不同階次徑向力對殼體輻射噪聲的貢獻度，指導電機定轉子槽極配合優化，使電機噪聲降低 6-10dB (A)，且不損失輸出扭矩。
此外，Actran 的工程化適配能力進一步強化其行業應用價值：軟件支持 Python/C++ API 二次開發，可構建自動化仿真流程（如參數化建模 - 求解 - 后處理閉環），適配企業級 PLM 系統（如 Siemens Teamcenter）；提供與 MSC Adams（多體動力學）、ANSYS Fluent（計算流體力學）等工具的聯合仿真接口，實現 “振動 - 流體 - 聲學” 多物理場協同分析。在航空發動機涵道噪聲預測中，通過 Actran 與 Fluent 的氣動聲學耦合，可精準模擬風扇氣流擾動產生的寬頻噪聲，為聲學襯套設計提供高頻段（2000-8000Hz）噪聲抑制方案。?
不論是振動噪聲還是氣動噪聲，Actran都有非常成熟易用的聯合仿真求解方案，可以與眾多CAE軟件聯合求解具體的噪聲問題?
展開 
LMS Virtual.Lab 11聲學視頻教程 第四課 耦合模態計算
第四課給大家講解一下耦合模態問題。LMS Virtual.Lab 11聲學模塊里的結構求解器SAMCEF能夠很方便地計算結構耦合模態。通常如油箱、水下潛艇結構等計算結構模態時均要考慮周圍流體對其影響。在LMS Virtual.Lab 11中，能夠方便地使用聲學有限元或者聲學邊界元中的結構求解器計算耦合模態。本課采用聲學有限元中的結構求解器計算一薄板與聲腔（介質為水）的耦合模態。
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展開 superxjw原創教程：LMS Virtual.Lab 11聲學視頻教程 第一課 結構模態計算
在LMS Virtual.Lab 11中，聲學模塊引入了結構求解器SAMCEF，因此完全可以在聲學模塊中求解結構模態。本教學視頻以一個鋁制懸臂梁為模型，在LMS Virtual.Lab中經過CATIA幾何建模、網格劃分和求解計算這三個步驟，向大家講解了如何使用LMS Virtual.Lab 11中聲學模塊的結構求解器計算結構模態。模型很簡單，但是流程是完整的，對于大家解決此類問題，有極大參考！
在本例中，大家有幾個需要明確：
①本例中使用的網格劃分，直接采用了自動四面體網格劃分，如果有實力的朋友，可以嘗試對其進行六面體網格劃分。
②本例中使用的是聲學模塊中最新的結構求解器SAMCEF，部分熟悉LMS Virtual.Lab的朋友還可以將此計算結果與LMS Virtual.Lab中CATIA有限元分析計算結果對比。（我對比了一下，兩種計算方法出來的結果高度一致）
③本例使用的模型很簡單，如果讀者需要了解更多幾何建模和網格劃分知識，可以查閱CATIA相關書籍或者在ON-LINE HELP中進行學習。
④本例是LMS Virtual.Lab視頻教程的第一個算例，非常簡單，但是希望大家都能夠掌握，以便于后面進行模態空間振動響應計算、直接振動響應計算、振動聲學計算、模態空間聲振耦合計算、直接聲振耦合計算等方法的學習。
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展開 LMS Virtual.Lab聲學視頻教程 第十六課 模態映射法求解結構振動
本課主要講解模態映射方法在振動求解方面的應用。模態映射方法是在LMS Virtual.Lab 12以后新加入的方法，在原來的版本中有直接振動求解、基于結構模態疊加方法的振動求解以及直接聲振耦合和基于結構模態疊加的聲振耦合算法。在LMS Virtual.Lab中新加入的模態映射方法可以用于求解結構頻響振動、聲振耦合以及結構瞬態振動響應等，與模態疊加法相比，模態映射方法精度高、可能造成的人為模態截斷誤差低等優點；與直接求解法相比，模態映射方法計算效率高，節省計算資源，因此，模態映射方法擁有廣泛的應用。本課以LMS Virtual.Lab幫助文檔中的一簡化機翼為對象，采用直接計算方法、模態疊加法、模態映射法計算振動頻率響應，通過三種方法的對比，讓用戶體會到模態映射法的優點。
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技術鄰推薦：
共享LMS VL以及AMESim高校版license，第八十四波
共享LMS VL以及AMESim高校版license，第八十三波
共享LMS VL以及AMESim高校版license，第八十二波
展開 模態分析定義以及模態假設理論 附模態分析理論與應用傅志方下載
下載地址：模態分析理論與應用傅志方
