Abaqus声学分析

1、Abaqus声学分析Airmage1. 要点1)基本物理量2)实例模型说明3)材料属性设定4) 求解类型设定5)边界条件设定6)载荷和声源7)网格划分8)结果后处理2. 基本物理量1) 声压设气体的初始压强为 P。，受到声扰动后，压强为 Po+P。则这个压强改变量就称为声压， 单位为Pa, 一般取其有效值。2) 声压级声压级(Sound Pressure Level)定义为声压得有效值与基准声压的有效值之比的常用对数20倍，(取分贝单位)，即PLp=20lg ePr式中，Pe是测量声压，Pr是参考声压，Pr通常取2X10-5 Pa,它是人耳对1kHz空气声所能 感觉到的最低声音的声压。3) 声

2、强声强(Sound Intensity)是指在垂直于传播方向上单位面积上通过的平均声能量流，即,W 一I = wc0S4) 声强级声强级(Sound Intensity Level )定义为声强和参考声强之比的常用对数的10倍，即Lp =10lg - 10式中，基准声强I。取10-12 W/m2为可听最小声强。5)即声功率级10倍,声功率级(Sound Power Level )定义为声功率与基准声功率之比的常用对数的WLw=10lgW0式中，基准声功率 W0取10-12Wo3.实例模型说明4.材料属性设定Abaqus中模拟声音传播的材料需要的物性参数为两个, 分别输入密度和体积模量(因为声波

3、是纵波)，如下图:Density 和 Acoustic Medium ,这里输入了空气的材料性能。在 Abaqus中声速Material BehaviorsAcoustic fMediumDensity公式统一用u = k/"P来计算，这本就是液体的声速 公式。密度没什么问题，关 键是体积模量 ko对于气体gierneral邑edn 己 mealThennal QtherAcdusUc MediumBuk ModulusVolumetric DragDelete中的声速u = qrP / P ,就 Use iempefature-diendent data有卜=rP , P是压强，r

4、为 绝热系数，如该气体可认为 是理想气体，则其绝热系数Number of field variables:OataBulk ModulusH2000E（1 -c）.7（1 二）（1 -2二）r就是定压比热容与定容比热容之比，即r=Cp/Cv；固体中声速的计算公式为一，E(1 二),于是就有k =()一，仃是泊松比。(1 -)(1 -2-)材料对声能的吸收可以用 Volumetric Drag coefficient来描述，其表达式为 F = f是力，V是体积，v是速度。它可以使声强随距离以指数规律衰减，可以输入成一个随频率 变化的参数。5 .求解类型设定在Abaqus中求解类型在 Step中设

5、定，Procedure type 选择 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为求解的最低频率，Upper Frequency为求解的最高频率，Number ofPoints为求解的频率点个数，Bias控制这些点的分布规律。6 .边界条件设定 Create Interaction PropName: IntProp-1TypeContactFilm oonditionCavity radiationAcoustic impedanceTndden: waveAttuatflr/sensor亡untnue,-taxel -)在Interacti

7、on中输入声场求解区域与外部空间的相互作用。缺省的外部边界条件为刚性壁面边界条件。首先要创建接触属性 Acoustic impedance , Impedance是声阻抗，Admittance是声导纳，它们互为倒数，都是复数值。如果将导纳设为0,则为刚性壁面属性，与不加任何边界条件效果相同。编辑 Interaction中Nonreflecting为设置完全吸收边界条件的选项。7 .载荷和声源 Create Boundary ConditionName:BC-2匚口nanue.一 AC3D8AC3D202 cm37.883cm31.4446.055cm19.0646.1510cm7.4747.4

8、5声载荷Acoustic pressure也就是声压，在边界条件里添加，也是一个复数值。8 .网格划分首先要确保把单元种类选为声学单元如 AC3D20 ,这 里选用二次单元是经过一番 比较的。使用不同单元类型与 网格密度的结果（声压POR最大幅值）比较如下表：从表中可以看出，二次单 元的结果比较稳定，而一次单 元的结果受网格密度的影响非常大，网格越密越接近二次单元的结果，但即使用2cm的网格，仍有较大误差，因此实际工程计算中最好采用二次单元。本问题求解频率300Hz,也就是波长约1m,这样当单元尺寸为5cm即波长的1/20时，计算结果的精度就比较理想了。9 .结果后处理首先必须注意某些结果量只有幅值才有意义，比如声压POR,计算结果是一个复数值，缺省的输出是它的实部，没多大意义，应改成幅值输出。主要的输出量如下：POR,声压GRADP ,声压梯度SPL,声压级文中例子的计算结果如下声压POR声压梯度GRADP声压级SPL10.讨论Abaqus具备了基本的声学有限元分析能力，可以求解如下问题：求解固体流体区域的声传播问题，考虑声吸收和声耗散。可以求解声固耦合问题，声固界面容易创建，固体计算较为专业。但与其他声学分析软件相比，仍有如下不足之处：缺乏边界元BEM方法，任何计算区域