COMSOL聲學(xué)仿真分析的案例
基于comsol熱黏性聲學(xué)模塊仿真聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性
研究?jī)?nèi)容：
傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實(shí)際應(yīng)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(qū)域?qū)崿F(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長(zhǎng)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。基于完全耦合的聲學(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統(tǒng)微穿孔板與聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線
數(shù)值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學(xué)接口對(duì)聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構(gòu)建
吸聲系數(shù)曲線的數(shù)值模擬值如下所示：
圖4.數(shù)值模擬中的吸聲系數(shù)
理論計(jì)算：
通過(guò)聲電類比法計(jì)算得到聲學(xué)超表面的吸聲系數(shù)，其理論計(jì)算如下：
首先由經(jīng)典的微穿孔理論得到吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗和吸聲系數(shù)：
yc為環(huán)繞型腔體的等效聲阻抗：
在計(jì)算軟件中導(dǎo)入吸聲系數(shù)理論計(jì)算的公式，從而計(jì)算出吸聲系數(shù)曲線
吸聲系數(shù)曲線的理論計(jì)算值如下所示
圖5.理論計(jì)算得到的吸聲系數(shù)
綜上，理論計(jì)算和數(shù)值分析的吸聲系數(shù)曲線具有很好的一致性，同時(shí)與論文中的結(jié)果完全相同。
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展開 基于Comsol進(jìn)行薄膜型聲學(xué)超材料的低頻降噪仿真分析
研究?jī)?nèi)容：
基于目前學(xué)者所設(shè)計(jì)的超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種薄膜型聲學(xué)超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質(zhì)量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在comsol中對(duì)薄膜聲學(xué)超材料低頻降噪進(jìn)行仿真分析。
1.添加固體力學(xué)和壓力聲學(xué)多物理場(chǎng)耦合：
圖2.物理場(chǎng)的選擇
2.建立薄膜聲學(xué)超材料的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖3.幾何模型的構(gòu)建
圖4.網(wǎng)格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數(shù)的變量，添加薄膜和質(zhì)量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質(zhì)量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場(chǎng)和透射聲場(chǎng)的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時(shí)在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對(duì)吸聲系數(shù)的頻率分析：
圖7.薄膜聲學(xué)超材料的吸聲系數(shù)
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
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展開 在 COMSOL 中對(duì)瞬態(tài)聲學(xué)進(jìn)行仿真
這篇文章我們介紹了如何計(jì)算各種瞬態(tài)聲學(xué)指標(biāo)，包括頻率權(quán)重、時(shí)間權(quán)重和時(shí)間平均。這里概述的定義和主要后處理步驟可用于任何瞬態(tài)聲學(xué)仿真。
本文來(lái)自：COMSOL博客
基于COMSOL的固體力學(xué)或壓力聲學(xué)模塊仿真聲子晶體
在COMSOL中，可以用固體力學(xué)或壓力聲學(xué)模塊仿真聲子晶體。
首先以一維聲子晶體為例：
如上圖，模型左右兩部分是不同的材料，并且在左右方向具有周期排列特征。
在物理場(chǎng)中設(shè)置周期性邊界條件：
在周期邊界上設(shè)置一致的網(wǎng)格點(diǎn)，以提高數(shù)值穩(wěn)定性：
仿真得到的一維聲子晶體能帶圖：
對(duì)于實(shí)際的準(zhǔn)周期性模型，可以計(jì)算透射譜，以驗(yàn)證聲子晶體能帶中存在的禁帶現(xiàn)象：
上圖可以明顯看到頻率對(duì)透射率的影響。特定的頻率下，聲波很難從一端傳播到另一端，就是對(duì)應(yīng)的能帶圖中所謂的禁帶。
對(duì)于二維、三維模型，需要根據(jù)對(duì)稱性，建立合適的周期性模型及添加合適的周期性邊界條件。一些二維、三維結(jié)構(gòu)的布里淵區(qū)：
二維聲子晶體能帶：
三維FCC聲子晶體能帶，以及這里選取的周期性結(jié)構(gòu)：
得到的聲子能帶圖：
也可以按實(shí)際路徑長(zhǎng)度，設(shè)定高對(duì)稱點(diǎn)分割，以便后續(xù)添加高對(duì)稱點(diǎn)標(biāo)記：
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展開 
基于comsol進(jìn)行共振薄膜聲學(xué)超材料的模態(tài)分析
研究背景：
從聲學(xué)超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學(xué)超材料局域共振隔聲機(jī)理的廣泛研究，其負(fù)等效質(zhì)量和負(fù)等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質(zhì)量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)。對(duì)有無(wú)附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
研究?jī)?nèi)容：
由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)，對(duì)有無(wú)附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖1.薄膜型結(jié)構(gòu)
圖2.無(wú)中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析
圖3. 含中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析
數(shù)值模擬：
分別對(duì)有無(wú)附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，預(yù)應(yīng)力模態(tài)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(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量塊彈性模量為 200GPa，泊松比為 0.30。進(jìn)行COMSOL 預(yù)應(yīng)力模態(tài)仿真時(shí)，圓形薄膜結(jié)構(gòu)采用膜單元(Membrane)，薄膜中心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行添加質(zhì)量處理，除邊界條件的設(shè)置外，還需在薄膜表面施加初始面應(yīng)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(gòu)建
（2）設(shè)置物理場(chǎng)
圖5.物理場(chǎng)的設(shè)置
（3）模態(tài)分析
無(wú)附加質(zhì)量塊張緊圓膜結(jié)構(gòu)和附加圓形質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的前6階固有頻率和模態(tài)振型仿真結(jié)果如圖。可以看出在comsol中利用膜單元對(duì)薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)分析結(jié)果與原文中對(duì)應(yīng)的十分準(zhǔn)確。
圖6. 復(fù)現(xiàn)無(wú)中心質(zhì)量塊薄膜型結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)
圖7.
展開 聲學(xué)仿真：船舶噪聲仿真分析
來(lái)源：舟山虛擬仿真驗(yàn)證平臺(tái)
船舶噪聲來(lái)源主要有三個(gè)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時(shí)引起的水下輻射噪聲，主要由機(jī)械設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動(dòng)壓力作用在艉部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水下噪聲和水動(dòng)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(chǎn)生的噪聲和聲納設(shè)備本身產(chǎn)生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術(shù)已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計(jì)算船體設(shè)備的振動(dòng)引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問(wèn)題，并可以通過(guò)合理地優(yōu)化船舶總體結(jié)構(gòu)與各部件，達(dá)到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應(yīng)用示例。
展開 流體?聲學(xué)聯(lián)合仿真分析
流體?聲學(xué)聯(lián)合仿真分析 1. 有限元前處理——流體模型前處理&聲學(xué)模型前處理； 2. 流體仿真，導(dǎo)出Ensight Gold 文件； 3. 聲學(xué)仿真； 4. 結(jié)果解讀； 5. 方法總結(jié)； 如果你想了解這些，不要猶豫可以私信我。完整的仿真分析方案，觸手可得。
聲學(xué)仿真專題 | 直管的聲腔模態(tài)分析
隨著NVH分析在各行各業(yè)的興起，聲音分析也成為結(jié)構(gòu)工程師需要了解和掌握的技能。本文從最簡(jiǎn)單的直管出發(fā)，介紹聲腔模態(tài)的有限元仿真方法。
聲學(xué)仿真專題 | 汽車內(nèi)的聲腔模態(tài)分析
隨著NVH分析在各行各業(yè)的興起，聲音分析也成為結(jié)構(gòu)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(tài)的有限元仿真方法。
1 建模
汽車內(nèi)的空氣模型如下圖所示：
2 材料參數(shù)
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3 網(wǎng)格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設(shè)置
聲腔模態(tài)分析的設(shè)置如下：
5 分析結(jié)果
前六階非零模態(tài)頻率如下：
6 考慮座椅的吸聲效應(yīng)
在以上設(shè)置的基礎(chǔ)上，考慮座椅的吸聲效應(yīng)，如下圖所示：
7 分析結(jié)果
前六階非零模態(tài)頻率如下：
聲學(xué)仿真專題2 | 矩形水箱液面晃蕩模態(tài)分析
本文使用聲學(xué)模塊求解水箱內(nèi)液面的晃蕩頻率。
1 建模
水箱內(nèi)有水，模型如下圖所示：
2
材料參數(shù)
水的密度和聲速如下圖所示：
3 網(wǎng)格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設(shè)置
液面晃蕩頻率分析的設(shè)置如下：
5 分析結(jié)果
液面延著長(zhǎng)邊晃蕩頻率結(jié)果如下：
6 對(duì)比理論解
根據(jù)前人的研究，液面晃蕩頻率計(jì)算公式如下：
根據(jù)水箱的幾何特征，公式計(jì)算結(jié)果如下：
驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確：
聲學(xué)仿真專題 | 圓柱水箱液面晃蕩模態(tài)分析
南京安世亞太公司
本文使用聲學(xué)模塊求解圓柱水箱內(nèi)液面的晃蕩頻率，水箱安置在鋼結(jié)構(gòu)框架上，固定鋼結(jié)構(gòu)的底部。
1 建模
模型如下圖所示：
2 材料參數(shù)
水的密度和聲速如下圖所示：
3網(wǎng)格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設(shè)置
液面晃蕩頻率分析的設(shè)置如下：
5 分析結(jié)果
液面延著長(zhǎng)邊晃蕩頻率結(jié)果如下：
全頻域聲學(xué)仿真分析軟件Wave6行業(yè)應(yīng)用
卓越的噪聲和振動(dòng)分析技術(shù)
噪聲和振動(dòng)分析在各個(gè)行業(yè)中都變得越來(lái)越重要。減少噪音和振動(dòng)的需要可能來(lái)自于政府法規(guī)、對(duì)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的需求、低成本材料的使用、檢測(cè)要求、防止疲勞失效以及日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
Wave6是達(dá)索系統(tǒng)提供的具有領(lǐng)先技術(shù)的全頻率結(jié)構(gòu)/聲學(xué)耦合分析軟件。提供從基于有限元（FEM）、邊界元（BEM）的低頻結(jié)構(gòu)/聲學(xué)分析，到基于統(tǒng)計(jì)能量法（SEA）的中高頻結(jié)構(gòu)/聲學(xué)分析。能夠準(zhǔn)確、高效地模擬結(jié)構(gòu)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)傳遞噪聲、空氣傳播噪聲、流體噪聲（如氣動(dòng)噪聲）等復(fù)雜問(wèn)題。通過(guò)在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中集成基于Wave6的仿真分析，能夠在研發(fā)前期階段保證產(chǎn)品的振動(dòng)噪聲性能，降低出現(xiàn)振動(dòng)噪聲問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。
噪聲與振動(dòng)分析中的應(yīng)用
探索Wave6在噪聲與振動(dòng)分析領(lǐng)域在不同行業(yè)中的多方面應(yīng)用。受益于Wave6的突出行業(yè)包括航空航天與國(guó)防、消費(fèi)品、船舶及近海工程以及交通運(yùn)輸。本概述詳細(xì)介紹了Wave6在各行業(yè)的復(fù)雜功能，從減少飛機(jī)內(nèi)部噪聲到優(yōu)化揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)，無(wú)所不包。此外，我們還深入探討了Wave6如何助力精準(zhǔn)分析、保護(hù)創(chuàng)新以及確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
展開 聲學(xué)仿真專題 | 四分之一波長(zhǎng)支管傳遞損失分析
本文使用有限元法分析四分之一波長(zhǎng)支管的噪聲傳遞損傷。
1 建模
分析類型及模型如下圖所示：
2 材料參數(shù)
空氣的密度和聲速如下圖所示：
3網(wǎng)格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設(shè)置
分析設(shè)置如下：
5 分析結(jié)果
傳遞損傷結(jié)果如下：
采用comsol的防波堤仿真分析
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> 防波堤防御波浪入侵，形成一個(gè)掩蔽水域所需要的水工建筑物。</p><p> 位于港口水域的外圍，兼防漂沙和冰凌的入侵，賴以保證港內(nèi)具有足夠的水深和平穩(wěn)的水面以滿足船舶在港內(nèi)停泊、進(jìn)行裝卸作業(yè)和出入航行的要求。有的防波堤內(nèi)側(cè)也兼作碼頭用或安裝一定的錨系設(shè)備，可供船泊靠泊。按其平面布置形狀，分突堤和島堤；按斷面形式，分斜坡式、直墻式和混成式三種。</p><p> 防波堤為阻斷波浪的沖擊力、圍護(hù)港池、維持水面平穩(wěn)以保護(hù)港口免受壞天氣影響、以便船舶安全停泊和作業(yè)而修建的水中建筑物。防波堤還可起到防止港池淤積和波浪沖蝕岸線的作用。</p><p> 它是人工掩護(hù)的沿海港口的重要組成部分。一般規(guī)定港內(nèi)的容許波高在0.5～1.0米之間，具體按水域的不同部位、船舶的不同類型與噸位的需要確定。防波堤常由一、二道與岸連接的突堤或不連接的島堤組成，或由突堤和島堤共同組成。防波堤掩護(hù)的水域常有一個(gè)或幾個(gè)口門供船只進(jìn)出。</p><p> </p><p> 此次采用comsol多相流的縮比模型，定性分析防波堤降低海浪侵襲功能。此次計(jì)算了一個(gè)海浪沖灘過(guò)程中，有無(wú)防波堤的對(duì)比。
展開 基于COMSOL的礦用負(fù)荷電纜熱路模型仿真分析
摘 要：為了準(zhǔn)確分析礦用負(fù)荷供電線纜的溫度變化情況，基于電纜熱路分析法建立了礦用電纜仿真模型。分別模擬了電纜在正常狀態(tài)、老化以及絕緣層損傷時(shí)溫度場(chǎng)與電場(chǎng)的分布情況。分析結(jié)果表明：電纜在正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)最大，線芯溫度最高；隨著絕緣介電常數(shù)的下降，電纜內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)增大、溫度升高。通過(guò)分析不同情景的電纜場(chǎng)強(qiáng)與溫度場(chǎng)分布，其結(jié)果可為煤礦負(fù)荷電纜的溫度監(jiān)測(cè)以及電纜壽命預(yù)測(cè)等提供一定的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：礦用電纜;溫度場(chǎng);電場(chǎng)強(qiáng)度;電纜老化;電纜受損;
0 引言
礦用電纜的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)乎礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全生產(chǎn)。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，老化、高溫、受潮、破損等原因加速了電纜絕緣老化、性能降低，進(jìn)而引發(fā)事故。電纜引起的火災(zāi)具有發(fā)生迅速、傳播快、且產(chǎn)生大量有毒有害氣體的特點(diǎn)。溫度是影響電纜絕緣性能的因素之一，電纜導(dǎo)體溫度決定其傳輸能力，當(dāng)交聯(lián)聚乙烯電纜線芯達(dá)到一定溫度時(shí)就有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。因此，研究人員開展了對(duì)電纜溫度監(jiān)測(cè)的研究，但大多是針對(duì)電纜溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并未深入研究溫度對(duì)線纜狀態(tài)的影響規(guī)律，而電纜運(yùn)行狀態(tài)及壽命與其長(zhǎng)期運(yùn)行的溫度密切相關(guān)。
因此，本文從正常狀態(tài)、老化以及絕緣層受損3種場(chǎng)景進(jìn)行電纜溫度場(chǎng)與電場(chǎng)分布規(guī)律研究，研究結(jié)果可以更好地進(jìn)行電纜溫度監(jiān)測(cè)，以保障煤礦井下穩(wěn)定供電。
1 礦井線纜仿真
(1）模型建立
由于電纜負(fù)荷電流變化引起的溫升只與電纜自身參數(shù)有關(guān)，因此，與穩(wěn)態(tài)熱路模型不同，分析電纜暫態(tài)熱路模型時(shí)需要考慮電纜不同結(jié)構(gòu)的熱容量，根據(jù)MYJV22-8.7/10 k V 3×50 mm2電纜的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，基于電纜熱路分析法在COMSOL軟件中建立仿真模型。其參數(shù)如表1所示。
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