ANSYS耦合场分析指南.docx

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1、第五章声学5.1什么是声学？声学研究声压波在流体介质中的产生、传播、吸收和反射。声学有如下的应用：·声纳—声学上雷达的对应物·设计音乐厅，希望声压均匀分布。·减小机器厂房内的噪音·汽车中的噪声消除·水下声学·设计扬声器、音箱、声滤、消音器及其他类似装置。·地球物理探测5.1.1声场分析的类型只有在ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Mechanical中能进行声场分析，通常包括对流体介质及其周围结构的建模。典型感兴趣的是不同频率的声波在流体中的压力分布、压力梯度、粒子速度、声压级及声波的散射、衍射、传输、辐射、衰减和散射。耦合的声场分析将考虑流体-结构的相互作用。非耦合

2、的声场分析模型只考虑流体而忽略任何流体-结构的相互作用。ANSYS程序假定流体是可压的，但只允许压力与平均压力相比有较小的变化。而且，流体假定为非流动并且无粘的（即粘性不引起耗散作用）。假定平均密度和平均压力不变，压力求解偏离平均压力而不是绝对压力。5.2求解声学问题通过执行一个谐波响应分析可以解决许多声学问题。分析计算流体-结构界面上的谐波载荷（正弦变化）引起流体中的压力分布。通过指定载荷的频率范围，可以观察到在不同的频率时压力的分布。可以执行模态和瞬态的声学分析。（参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》中关于这种分析更详细的叙述。）谐波声场分析的过程包括

3、以下三个主要步骤：·建立模型。·施加边界条件和载荷并获得求解。·查看结果。5.3建立模型在此步骤中，用户指定工作名称和分析标题，然后用PREP7前处理器定义单元类型，单元实常数，材料属性和模型几何尺寸。这些任务与多数分析相同，在《ANSYSBasicAnalysisGuide》中有叙述。5.3.1谐波声场分析准则对一个谐波声场分析，考虑以下几点：单元类型—ANSYS声场分析指定了四种单元类型：对二维和三维模型的流体部分分别使用Fluid29和Fluid30单元，Fluid129和Fluid130与FLUID29和FLUID30单元一起使用，用来构造包围Fluid29和Fluid30单

4、元的无限外壳。利用这些单元类型可以构造流体部分的模型，然后利用相应的结构单元（PLANE42、SOLID45等）构造固体模型。只有Fluid29和Fluid30单元才能与结构单元相接触（在结构的内部或外部）；Fluid129和Fluid130单元只能与Fluid29和Fluid30单元相接触，而不能直接与结构单元接触。5.3.1.1FLUID29与FLUID30单元对与固体相接触的声单元，要确保使用KEYOPT(2)=0，缺省的设置允许流体-结构的相互作用。UX，UY，UZ和PRES作为自由度引起单元矩阵的不对称。对所有其它的声单元，设置KEYOPT（2）=1，致使带有PRES自由度

5、的单元矩阵的对称。（见图5-1）对称矩阵需要的内存和计算时间更少，因此只要可能就应该使用它。关于流体-结构的相互作用的详细信息参见《ANSYS,Inc.TheoryReference》。图5-1二维声模型的例子（流体在结构的内部）5.3.1.2FLUID129和FLUID130单元对无限的吸收压力波的声单元，模拟在FLUID29和FLUID30单元之外无限延伸域的输出效果。FLUID129和FLUID130单元提供了第二级的吸收边界条件，所以输出的压力波到达模型的边界以最小的反射吸收到流体域内。FLIUD129单元用来建立二维流体区域的边界和诸如线单元。FLIUD130单元用来建立三

6、维流体区域的边界和诸如平面表面单元。材料属性—声单元需要密度（DENS）和声速（SONC）作为材料属性（FLUID129和FLUID130只需要SONC）。如果在流体-结构界面存在声的吸收，利用标记MU来指定边界导纳β（吸收系数）。值β通常由实验来测定。对结构单元，指定杨氏模量（EX）、密度（DENS）和泊松比（PRXY或NUXY）。实常数—当用FLUID129和FLUID130单元时，里面的有限元网格边界必须是圆形的（二维及轴对称）或球形的（三维），而且圆形或球形边界的有限区域的半径必须指定为实常的RAD。（见图5-2）圆或球的中心也必须用实常数指定：R,3,RAD,X0,Y0!R

7、EALset3forFLUID129R,3,RAD,X0,Y0,Z0!REALset3forFLUID130如果二维轴对称情况圆的中心坐标（X0，Y0）或三维情况球的中心坐标（X0，Y0，Z0）不是通过实常数指定的，ANSYS假定中心为总体坐标系的原点。图5-2应用吸收单元的例子图5-3浸在水中的圆筒5.4对模型进行网格划分下面为使用二维无限的声单元进行网格划分的典型程序。对三维单元的程序与此相同。如果还有结构部分，结构单元必须与FLUID29单元相邻，而