Abaqus聲學分析

1、Abaqus聲學分析Airmage1. 要點1)基本物理量2)實例模型說明3)材料屬性設定4) 求解類型設定5)邊界條件設定6)載荷和聲源7)網格劃分8)結果后處理2. 基本物理量1) 聲壓設氣體的初始壓強為 P。，受到聲擾動后，壓強為 Po+P。則這個壓強改變量就稱為聲壓， 單位為Pa, 一般取其有效值。2) 聲壓級聲壓級(Sound Pressure Level)定義為聲壓得有效值與基準聲壓的有效值之比的常用對數20倍，(取分貝單位)，即PLp=20lg ePr式中，Pe是測量聲壓，Pr是參考聲壓，Pr通常取2X10-5 Pa,它是人耳對1kHz空氣聲所能 感覺到的最低聲音的聲壓。3) 聲

2、強聲強(Sound Intensity)是指在垂直于傳播方向上單位面積上通過的平均聲能量流，即,W 一I = wc0S4) 聲強級聲強級(Sound Intensity Level )定義為聲強和參考聲強之比的常用對數的10倍，即Lp =10lg - 10式中，基準聲強I。取10-12 W/m2為可聽最小聲強。5)即聲功率級10倍,聲功率級(Sound Power Level )定義為聲功率與基準聲功率之比的常用對數的WLw=10lgW0式中，基準聲功率 W0取10-12Wo3.實例模型說明4.材料屬性設定Abaqus中模擬聲音傳播的材料需要的物性參數為兩個, 分別輸入密度和體積模量(因為聲波

3、是縱波)，如下圖:Density 和 Acoustic Medium ,這里輸入了空氣的材料性能。在 Abaqus中聲速Material BehaviorsAcoustic fMediumDensity公式統(tǒng)一用u = k/"P來計算，這本就是液體的聲速 公式。密度沒什么問題，關 鍵是體積模量 ko對于氣體gierneral邑edn 己 mealThennal QtherAcdusUc MediumBuk ModulusVolumetric DragDelete中的聲速u = qrP / P ,就 Use iempefature-diendent data有卜=rP , P是壓強，r

4、為 絕熱系數，如該氣體可認為 是理想氣體，則其絕熱系數Number of field variables:OataBulk ModulusH2000E（1 -c）.7（1 二）（1 -2二）r就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即r=Cp/Cv；固體中聲速的計算公式為一，E(1 二),于是就有k =()一，仃是泊松比。(1 -)(1 -2-)材料對聲能的吸收可以用 Volumetric Drag coefficient來描述，其表達式為 F = f是力，V是體積，v是速度。它可以使聲強隨距離以指數規(guī)律衰減，可以輸入成一個隨頻率 變化的參數。5 .求解類型設定在Abaqus中求解類型在 Step中設

5、定，Procedure type 選擇 Linear perturbation , 一般用 Steady-state dynamics, Direct 方法。SasicOtherDescription:Nlgeooi： OffO Compute real response only Compute complex responseScale: Logarithmic O Linear Indude friction-induced damping effects Use eigenfrequencies to subdivide each frequency rangeNote: B135 a

6、pplies only when more than 3 points are requested.Lower Frequency為求解的最低頻率，Upper Frequency為求解的最高頻率，Number ofPoints為求解的頻率點個數，Bias控制這些點的分布規(guī)律。6 .邊界條件設定 Create Interaction PropName: IntProp-1TypeContactFilm oonditionCavity radiationAcoustic impedanceTndden: waveAttuatflr/sensor亡untnue,-taxel -)在Interacti

7、on中輸入聲場求解區(qū)域與外部空間的相互作用。缺省的外部邊界條件為剛性壁面邊界條件。首先要創(chuàng)建接觸屬性 Acoustic impedance , Impedance是聲阻抗，Admittance是聲導納，它們互為倒數，都是復數值。如果將導納設為0,則為剛性壁面屬性，與不加任何邊界條件效果相同。編輯 Interaction中Nonreflecting為設置完全吸收邊界條件的選項。7 .載荷和聲源 Create Boundary ConditionName:BC-2匚口nanue.一 AC3D8AC3D202 cm37.883cm31.4446.055cm19.0646.1510cm7.4747.4

8、5聲載荷Acoustic pressure也就是聲壓，在邊界條件里添加，也是一個復數值。8 .網格劃分首先要確保把單元種類選為聲學單元如 AC3D20 ,這 里選用二次單元是經過一番 比較的。使用不同單元類型與 網格密度的結果（聲壓POR最大幅值）比較如下表：從表中可以看出，二次單 元的結果比較穩(wěn)定，而一次單 元的結果受網格密度的影響非常大，網格越密越接近二次單元的結果，但即使用2cm的網格，仍有較大誤差，因此實際工程計算中最好采用二次單元。本問題求解頻率300Hz,也就是波長約1m,這樣當單元尺寸為5cm即波長的1/20時，計算結果的精度就比較理想了。9 .結果后處理首先必須注意某些結果量只有幅值才有意義，比如聲壓POR,計算結果是一個復數值，缺省的輸出是它的實部，沒多大意義，應改成幅值輸出。主要的輸出量如下：POR,聲壓GRADP ,聲壓梯度SPL,聲壓級文中例子的計算結果如下聲壓POR聲壓梯度GRADP聲壓級SPL10.討論Abaqus具備了基本的聲學有限元分析能力，可以求解如下問題：求解固體流體區(qū)域的聲傳播問題，考慮聲吸收和聲耗散。可以求解聲固耦合問題，聲固界面容易創(chuàng)建，固體計算較為專業(yè)。但與其他聲學分析軟件相比，仍有如下不足之處：缺乏邊界元BEM方法，任何計算區(qū)域