聲固耦合的案例
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化過程中，就必須要考慮到這些影響。
從上一節聲固耦合圖示中，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 駕駛室結構振動及其聲固耦合噪聲響應分析
駕駛室結構振動及其聲固耦合噪聲響應分析
劉 鵬,劉 更,惠 巍
(西北工業大學機電學院,西安 710072)
摘 要:利用有限元分析軟件ANSYS和聲學分析軟件SYSNO ISE對卡車駕駛室的振動與內部聲場耦合做了數值計
算分析研究。介紹了振動頻響分析方法,動力學計算與聲學邊界元模型耦合的具體步驟。通過計算分析,分別研究
了駕駛室結構的聲固耦合模型與非耦合模型對室內聲場的影響,從而找出在不同的壁板厚度條件下,聲固耦合作用
對室內噪聲的影響,以及駕駛室內聲場的變化規律。
關 鍵 詞:駕駛室;振動;聲學;有限元;邊界元;聲固耦合
駕駛室結構振動及其聲固耦合噪聲響應分析.pdf
展開 基于optistruct聲固耦合模態分析 ￥80
看到技術鄰上很多人都在問聲固耦合模態怎么分析、控制卡片如何設置等。本案例主要給大家演示如何使用optistruct對流固耦合的結構進行模態分析，以及了解聲腔對結構模態的影響。流固耦合法被廣泛地應用于聲學和噪音控制領域，對空腔結構（比如汽車車室）進行流固耦合模態分析，可以了解到聲腔對結構模態的影響，為研究耦合系統的聲學特性提供可靠的理論參考。在我們汽車結構振動領域應用相對較多的如油箱流固耦合、聲腔耦合分析等，通過進行聲腔與鈑金耦合分析可以了解車身結構件的振動特性及靈敏度。模擬流體對結構動力學特性影響的分析方法有很多種，如流固耦合法、虛擬質量法等。
聲固耦合模態分析結果動畫
技術鄰網友求助
聲腔、結構、聲固耦合模態分析頻率結果
聲腔模態頻率
結構模態頻率
聲固耦合模態頻率
本案例模型見收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問可互相交流。
展開 基于HyperWorks的聲固耦合系統不確定性分析與優化
摘要：在實際工程問題中，計算模型、材料屬性、幾何特性及測量響應等有關的誤差或者不確定性現象廣泛存在，雖然各個參數的不確定范圍較小，但這些不確定性耦合在一起可能使結構響應產生較大的偏差，因此在工程分析中，應將不確定性考慮在內。聲固耦合系統由聲學域和結構域組成，結構域的振動會激勵聲學域的壓力波動，聲學域的聲壓波動也會反過來作用在結構域上對其產生影響，在聲學域與結構域及其耦合面均存在不確定性影響因素，本文將某型客車對聲固耦合系統的不確定性分析方法展開研究，基于HyerWorks對可客車聲學響應進行仿真分析，并對不確定系統進行魯棒性優化，減小聲場的性能波動性。
關鍵詞：不確定性分析；HyperWorks；聲學仿真；魯棒性優化；
備注：詳細案例見附件
基于HyperWorks的聲固耦合系統不確定性分析與優化.pdf
展開 
ABAQUS案例—ABAQUS中聲固耦合、聲輻射分析方法 ￥4
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，需要模擬附著在結構上的外部空氣，而且它是向外無限延伸的，因此直接用聲學有限單元去模擬無限的空氣區域是不合理的。在Abaqus中可以通過兩種方式來模擬無限聲學介質的影響：一,使用聲學無限單元；二，用阻抗邊界來模擬。
在對外部的噪聲輻射問題進行仿真分析時，無限單元法的應用已經越來越廣泛。無限單元可以直接在結構上定義，或者也可以在聲學有限單元區域的終面上定義。
對于邊界阻抗技術，實質上屬于無反射邊界條件。然而當用此來模擬結構外部的區域時，結構與輻射表面的距離必須足夠大（通常取聲波波長的1/3）。
聲學無限單元計算公式與聲輻射阻抗邊界的計算有幾個關鍵的區別：無限單元采用更高階的差值函數，而聲輻射邊界則采用一階差值函數。雖然無限元計算每個單元的花費更高，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模，從而可以大大的降低結構總的計算時間；本案例即是講解無限元單元法在模擬噪聲分析中的應用。
展開 轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析
轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析
惠巍，劉史，吳立臺
〔西北工業人學機電學院，西安710072)
[摘要】建立結構載荷激勵卜乘坐室空腔聲學系統和聲固禍合系統的有限元模型利用有限元軟件ANSYS
和IM S V irtual l}對某轎車乘坐室結構與空腔聲模態的頻率和振型進行分析.采用自接法和模態疊加法對該轎車
車內噪聲仿真結果進行比較.指出采用模態疊加法計算聲固禍合問題時.對于結構模態階數的提取要求通過計算
仿真分析該模型低頻噪聲在頻域中的分布情況.為降低山結構振動引起的車內低頻噪聲提供結構修改和聲學修改
依抓
關鍵詞:乘坐室，有限元模型，聲固藕合，模態疊加法
轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析.rar
展開 基于聲固耦合的水下復雜目標聲散射研究
摘要
針對現有簡單模型對水下實際目標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二維潛艇簡單模型受激勵后的散射聲場進行了數值仿真分析。利用ANSYS有限元分析軟件對相同簡化模型進行計算對比, 計算結果基本吻合, 驗證了COMSOL在計算大型目標散射聲場時的有效性。最后以某型潛艇結構為原型構建了內部艙室結構及結構材料屬性, 提高了模型相對于實際目標的逼真度, 仿真了受激勵后的再輻射聲場。其結果可對水下主動探測裝備發展提供參考。
水下目標聲散射可看作目標受激勵后的再輻射過程。隨著電子計算機技術的不斷發展, 有條件對水下目標散射聲場進而對主動聲吶回波信號進行較為精確的數值仿真, 避免了頻繁進行海試試驗, 節省了大量的人力物力[1]。通過相關文獻發現, 國內對于水下結構的散射聲場數值仿真大都采用有限元與邊界元相結合的方法, 并在工程應用方面取得了良好的結果[2], 但只是針對簡單模型進行仿真。近年來, 有學者利用新型多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics進行了簡單形狀模型以及小型加肋殼體模型的嘗試[3]。初步驗證了利用該軟件計算目標散射聲場的可行性, 但未見更復雜模型的仿真報道。而更加真實的目標結構建模在仿真應用中又是不可忽略的, 因此文中借助COMSOL軟件對復雜潛艇艙室結構進行了聲固耦合數值仿真分析, 為提高主動聲吶回波信號仿真逼真度提供了有效借鑒。
展開 揚聲器仿真不同耦合方式對比
揚聲器涉及到很多物理場。最核心的是磁場，結構，聲場。
做揚聲器響應，包括頻響曲線，阻抗曲線等仿真的時候，一般來說，至少需要同時考慮以上三種場之間的相互耦合。
之前有寫過一篇文章論述過聲固耦合
聲固耦合
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
并嘗試了用自己寫耦合的方式取代軟件自帶的聲固耦合，結果一致。
同理，磁路和振動系統的耦合，在音圈上
通電音圈在磁場中受到洛倫茲力
音圈運動造成反向電動勢，使得音圈整體電壓發生變化
也同樣可以自己寫。感興趣的朋友可以自行嘗試和對比。
今天主要想談的是，揚聲器響應仿真的不同的模型簡化方法和多物理場耦合思路：
A. 只仿真聲場，激勵采用集總參數的方法加載。參考comsol案例“lumped_loudspeaker_driver”
B. 三場耦合。參考comsol案例“loudspeaker_driver”
C. 只考慮聲固耦合，磁路先單獨計算。 參考comsol案例“lvented_loudspeaker_enclosure”
D. 只考慮聲固耦合，阻抗模型采用傳統的RL電路。
經過不同方法，以及與實測頻響曲線的對比。建議：一般情況下采用B方案；3維模型采用C方案；D方案也可以考慮，只是阻抗模型的準確度會對中高頻產生一定的影響；只考慮低頻的時候，可以采用A方案。
詳細的對比大家可以自行嘗試。授人以魚不如授人以漁。
展開 Abaqus求解器類型應該如何選擇 衡祖仿真
Abaqus/Standard 可以模擬大量的物理現象，例如除了應力/ 位移分析之外還有：熱傳導，質量擴散和聲學現象。不同物理現象間的相互作用，如熱固耦合，熱電耦合，壓電耦合和多種介質的流固耦合，聲固耦合等分析也能夠進行模擬。對于以上或其它非線性分析，Abaqus/Standard 會自動調整收斂準則和時間步長來確保解的準確性。
2、Abaqus/Explicit-顯式求解器
Abaqus/Explicit為模擬廣泛的動力學問題和準靜態問題提供準確、強大的有限元求解技術。
Abaqus/Explicit 適用于模擬高度非線性動力學和準靜態分析（可以考慮絕熱效應）、完全耦合瞬態- 位移分析、聲固耦合分析；還可以進行退火過程模擬，從而適用于多步驟成型模擬。
Abaqus/Explicit 特別適用于分析瞬態動力學問題，例如：手機和其他電子產品的跌落實驗，彈道沖擊和汽車子系統的沖擊等。基于表面的流體空腔可用模擬填充了流體的結構，包括結構變形與內部液體或氣休壓力的耦合分析，如安全氣囊展開分析。
Abaqus/Explicit 處理接觸問題和其它非線性的能力使其成為求解許多非線性準靜態問題有效工具，如制造過程（如高溫金屬軋制和扳金沖壓）和能量吸收裝置緩慢擠壓過程的模擬。
Abaqus/Explicit 中的自適應網絡功能使之能夠模擬大量的材料發生嚴重變形的問題，例如金屬成型的問題。聲學功能提供瞬態聲固耦合分析，例如潛水艇在沖擊載荷作用下的響應分析以及沖擊載荷在水下傳播。聲學分析的功能與模擬氣泡載荷、流體的空化和有無海床對液體表面的影響等功能有機結合。
總結：
Abaqus/Standard 求解器是一個強大的通用求解器，可用于從靜態問題到動態問題的各種分析。
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran的等效輻射聲功率ERP計算
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
在車輛開發前期的動力系統開發或車身開發中，我們可以通過抑制結構表面法向振動速度縮小輻射噪聲，同時，精確識別結構局部模態對輻射噪聲影響。利用ERP分析，可以在頻率響應分析中快速獲取特定激勵下部件與面板的最大潛在聲輻射數據，從而準確定位結構中聲輻射最大的區域。基于這一結果，可采取結構優化措施（如對鈑金件進行形貌優化）或增加阻尼片等方式，有針對性地抑制結構表面振動，進而有效降低結構振動產生的輻射噪聲。
等效輻射功率
等效輻射功率（Equivalent Radiated Power, ERP）分析作為一種表征結構振動聲輻射的計算方法，自2008年引入MSC Nastran軟件，經過多年開發與更新，功能與優勢如下：
? 支持分析類型：頻響分析和瞬態分析。
? 峰值點輸出：與PEAKOUT結合，支持系統自動識別峰值點，一步分析輸出或用戶自定義頻率輸出點。
? 支持模態貢獻率分析：將面板等效聲輻射分解到面板局部模態。
? 計算高效性：無需對流體媒質進行建模，計算速度快。
? 支持ERP輻射值為設計響應：基于ERP的優化對計算資源與時間的要求顯著低于聲學響應優化，適用于拓撲/幾何驅動的聲學設計。
? 阻尼表征能力：定義局部結構阻尼研究對ERP影響。
? 分析結果格式：csv、OP2、PCH、H5格式，展示和二次處理方便。
展開 雙向流固聲耦合圓柱體入水（STAR-CCM+&abaqus） ￥1300
單一的CFD計算已經不滿足現在的結構跨介質計算需求，工程上更多關注結構運動過程中的變形問題。因此，以平頭圓柱體為例，本案例運用STAR-CCM+&abaqus對圓柱體入水100m/s過程進行模擬，得到了結構入水過程中周圍流場和自身響應變化。
適用領域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結構物漂浮等領域。ST
使用 COMSOL 模擬聲-結構的相互作用
它們分為五個分支：
壓力聲學
壓力波在黏性邊界層之外的流體域中并且處于靜止的條件下
熱黏性聲學
在聲學的詳細建模過程中，要包括壁附近的邊界層，其中黏性損失和熱傳導不可忽略
氣動聲學
在靜止環境下的聲學改變就意味著流動，也稱為對流聲學
超聲
使用不連續的Galerkin方法可以在比波長長度更大的距離里傳播聲信號
幾何聲學
高頻聲學，其聲學波長遠小于其幾何特征
通常，您可以手動選擇固體中彈性波的界面和流體中壓力波的界面，然后定義它們之間的耦合。還有一個更簡單，更方便的方法是使用其中一個內置多物理場接口，這些接口在固體和流體之間具有預定義的耦合。大多數這些多物理場接口都包含在“聲學模塊”的第六個分支中，即聲學-結構分支，在該分支中，壓力聲學與結構力學相互耦合。在熱黏性聲學分支中還有更多將熱黏性聲學與結構力學耦合的技術。下圖顯示了可用于 ASI 分析的多物理場接口。
可用于 ASI 分析的多物理場接口。
首先，我們來討論如何使用預定義的多物理場接口進行聲固耦合分析，然后說明當選定的接口之間不存在預定義的多物理場功能時，如何手動添加接口并定義耦合。
使用預定義的多物理場接口對聲固耦合進行建模
預定義的多物理場接口允許您在模型中包含多種材料類型，例如流體，線性彈性材料，多孔介質和壓電設備。此外，不同材料之間的耦合會自動為您完成。
展開 基于Hypermesh和Nastran的聲固耦合頻率響應分析
模型描述：
外部為長方形鐵盒，如圖1所示。
圖1 結構有限元模型
材料類型為MAT1各向同性材料。材料參數為：彈性模量2e5Mpa 泊松比0.3
密度7.85-9ton/mm^3
單元類型為shell。
內部為空氣，如圖2所示。
圖2 聲腔有限元模型
材料類型為MAT10 流體材料。材料參數為：密度1.2e-12 ton/mm^3 聲速340000mm/s
單元類型為Psolid，需要注意的是在Psolid的第八域內設定為PFLUID表示為流體單元。
另外需要將組成流體單元的節點的第七域設定為-1，表示組成流體單元的節點。
（Card Edit-Nodes-Edit進行設定）
展開 LMS virtual lab 間接邊界元計算聲固耦合流程(修改版) ￥25
一、前處理
用Nastran計算結構的模態并輸出OP2文件(即在analysis里選擇Normal modes ,選擇solution type——result output Format——將op2 勾選上) 讓后進行分析就能得到op2文件了
打開LMS Virtual.Lab，進入start ——acoustics——acoustics Harmonic BEM模塊，File——import結構網格structure（模態加屬性） 再次file——Import BEM網格（只輸入網格，不選模態和屬性）
關于ABAQUS你了解多少？
熱電耦合、電磁耦合，壓電耦合和聲固耦合，專門的焊點及焊點失效、振動等分析類型也能夠進行模擬。對于以上或其他非線性分析，Abaqus/Standard會自動調整收斂性準則和時間步長來確保解的精確性。
Abaqus/Explicit
Abaqus/Explicit（顯式積分）是能夠高效、精確模擬廣泛的動力學問題和準靜態問題的強大的有限元求解器。
Abaqus/Explicit可以模擬高度非線性動力學和準靜態分析（可以考慮絕熱效應）完全耦合瞬態-位移分析、聲固耦合分析，還可以進行退火過程模擬，及沖壓成型的回彈分析。
Abaqus/Explicit 適用于分析瞬態動力學問題，例如，手機和其他電子產品跌落時跌落實驗，彈道沖擊，汽車系統和新能源汽車電池包的沖擊及跌落分析等。基于表面的流體空腔可用于模擬填充了流體或氣體的結構。包括結構變形與內部液體或氣體壓力的耦合分析，如安全氣囊展開分析。
Abaqus/Expicit高效處理接觸問題和其他非線性的能力，使其成為求解許多非統性準靜態問題的有效工具，如制造過程（如高溫金屬軋制和鈑金沖壓）和能量吸收裝置緩慢擠壓過程的模擬。
Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit的聯合仿真（Co-Simulation）
“Abaqus”可將整體模型中不同響應形式的兩部分模型分別定義成Standard和Explicit形式，在分析過程中兩個求解器之間不斷地相互傳遞數據，因此不需過多地簡化模型就可以準確并有效地模擬大規模的復雜模型。Abaqus/ Standard、Abaqus/Explicit可以完全在Abaqus/CAE中完成。
展開 