COMSOL官方实例解析.ppt

COMSOLCOMSOL官方实例解析官方实例解析中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 声学模块•全面处理流体和固体中的声波问题•支持时谐、瞬态、特征频率、以及模态等分析•特点–易用的振动分析–支持衰减材料、压电材料–完美匹配层概念（PML）–远场后处理功能–气动声学音箱声压级分布音箱声压级分布微穿孔版消声器微穿孔版消声器中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 声学模块的典型应用领域喇叭消声器航空发动机汽车回音声固耦合声压传感器中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 预置应用模式•流体中的声学–时谐波传播，求解总场或散射场–瞬态波传播–特征频率分析，寻找共振–波导的边界和截面模态分析•固体中的声学–时谐波传播–特征频率分析，包括衰减和非衰减–永久变形的稳态分析•气动声学–可压缩势流分析–流体中的声学•预定义多物理场耦合–声场+固体中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 压力声学•应用于流体–空气和水最常见–人体组织 (70% 水)–布、玻璃丝、石纤维•求解声压，p–1 atm = 100 kPa–p ~ 1 – 100 Pa•频域中的控制方程中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 人为边界条件•辐射边界条件–仿真连续自由空间–用一个给定的形状吸收波前•完美匹配层–通用、高效终止–对波的方向不敏感With PML中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •入射波辐射条件–开边界问题•法向加速度–已知结构振动•驱动力–未知结构振动•背景声压–远处声源声源中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •入射波辐射条件–开边界问题•法向加速度–已知结构振动•驱动力–未知结构振动•背景声压–远处声源声源中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •Fe•入射波辐射条件–开边界问题•法向加速度–已知结构振动•驱动力–未知结构振动•背景声压–远处声源声源中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •入射波辐射条件–开边界问题•法向加速度–已知结构振动•驱动力–未知结构振动•背景声压–远处声源声源中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •湍流–K-eps使涡流变得模糊不清 => 不适合–气动声学方程需要势流–低Re模型使用LES或可能的偶极子源•白(粉、黑、机械…)噪声–模拟为（可能随机）振幅vs.频率•点源、单极子、偶极子、线源…–没问题外加声源中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ •无声源–与绝对压力无关–仅为感兴趣的分布和特征频率无源 – 特征频率分析中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 演示模型：房间的特征模式演示模型：房间的特征模式 COMSOL 4.1 COMSOL 4.1中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 房间声场的特征模式•日常生活中共振有时会成为一个问题。

客厅中的音乐或家庭影院系统的低音能够摇动窗户及使地板震动这些现象发生于一些特定的频率——房间的特征频率•音乐的体验会受到房间声场的特征模式影响因此，当设计一间音乐厅时，就必须考虑共振这一重要因素•为了得到清澈且不受渲染的声音，特征频率应当均匀地扩散对于家庭影院或音乐系统的拥有者，由于无法改变房间的外形，所以探讨喇叭应放置于何处能得到较佳的声音是比较恰当的方法中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型介绍•本模型的房间尺寸为542.6m，里面有一台电视机、两个喇叭以及一个长沙发。

用声压分布图直观地说明音乐的影响，计算所有低于100Hz的特征频率及特征模式（eigenmode）•特征模式显示了与之相应的特征频率下声音的强度模式经由特征模式的特性，可以得出结论，应该将喇叭放置于何处中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型定义•本模型使用波动方程（wave equation）描述声音在空气中的传播情形：•其中p表示压力，c是声音的速度假如空气被简谐振动的来源引起运动（例如喇叭），而仅仅只有一种频率可在房间中存在由此原因借由下式找寻时间谐波（time-harmonic）是有意义的。

•波动方程此时以声音扰动的振幅p简化为Helmholtz方程：•本模型假设所有边界——墙、地板、天花板以及家具都是完美刚体（硬声场边界），相当于法向速率为0中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 实例：中空圆柱体的声固耦合实例：中空圆柱体的声固耦合 COMSOL 4.1 COMSOL 4.1中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型简介•本案例模拟浸没在水中的中空圆柱体（内部充满水）受到点声源或线声源激发时的声场分布（f=60kHz）•3D模型：•1.声波与结构双向耦合•2.分别模拟线声源和点声源线声源辐射方程点声源辐射方程中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型定义求解域声压传输方程边界条件外层辐射边界条件(最大限度减少声波反射的影响)交界水面声波对圆柱圆柱对声波中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 结果与讨论线声源辐射时声压级切面图和圆柱体变形图点声源辐射时声压级切面图和圆柱体变形图中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 实例：瞬态高斯实例：瞬态高斯脉冲脉冲波波 COMSOL 4.1 COMSOL 4.1中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型定义•本案例模拟瞬态高斯脉冲。

椭圆为硬声场边界，左焦点发出的声波会在 b/c秒后再次聚焦于右焦点，b为椭圆长轴的长度，c为声速声压方程为：•左焦点为高斯脉冲波，一波长剖分6单元•当t=1/f0时，波形如右图气流速度中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 模型定义，续•f0与频宽成正比，f0=c/(Nh)，h为网格单元尺寸，N为每个波长内剖分的网格数本模型取N=6.当t=1/f0时，波形和完整的高斯波非常近似•高斯函数的傅里叶变换非常简单（忽略截止效应）：•其中w0=2pf0，实际上信号所有的能量都在-2w0

网格尺寸和时间步长之间的关系和CFL数有关此无量纲数在1附近表示空间和时间的解析度类似•COMSOL默认使用广义a和二阶单元，广义a的公差较大，所以CFL<0.2时，时间空间的公差在同一量级中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 结果与讨论•h=0.15m, N=6, 所以t0=2.624ms. 本模型需要CFL<0.05，时间步长为0.02ms下图表示0.0315s时再次聚焦中仿科技中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司专业信息化软件及技术咨询公司 www.CnT CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider info@info@ 结果与讨论，续•下图表示t=9ms时（波刚从左顶点反射），长轴的压强分布•CFL数分别是0.1, 0.2, 0.05和0.025，最后2个数已达到收敛　　进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起　　进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。

蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品　　记忆中的故那一把蒲扇蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉孩子们却在周下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇强子，别跑了，快来我给你扇扇”孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。

取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表我国已有三千年多年的历史取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即面光滑，因而，古人常会在上面作画古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，圆，轻巧又便宜的蒲扇　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅长的时间隧道，袅结束。