1. 基本物理量 声压: 设气体的初始压强为P0,受到声扰动后,压强为P0+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。 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 式中,Pe是测量声压,Pr是参考声压,Pr通常取2×10-5Pa,它是人耳对1kHz空气声所能感觉到的最低声音的声压。 声强: 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 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 式中,基准声强I0取10-12W/m2为可听最小声强。 声功率级: 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10倍,即 式中,基准声功率W0取10-12W。 2. 实例模型说明 我们用下面的模型来说明分析流程: 3. 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,Density和Acoustic Medium,分别输入密度和体积模量(因为声波是纵波),如下图: 这里输入了空气的材料性能。在Abaqus中声速公式统一用下式来计算。 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k。对于气体中的声速 有K=rP,P是压强,r为绝热系数,如该气体可认为是理想气体,则其绝热系数r就是定压比热容与定容比热容之比,即 固体中声速的计算公式为 于是就有 式中,σ 是泊松比。 材料对声能的吸收可以用Volumetric Drag coefficient来描述,其表达式为 式中,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。 4. 求解类型设定 在Abaqus中求解类型在Step中设定,Procedure type选择Linear perturbation,一般用 Steady-state dynamics,Direct 方法。 Lower Frequency为求解的最低频率,Upper Frequency为求解的最高频率,Number of Points 为求解的频率点个数,Bias控制这些点的分布规律。 5. 边界条件设定 在Interaction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。 6. 载荷和声源 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。 7. 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50px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125px即波长的1/20时,计算结果的精度就比较理想了。 8. 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。 上文中例子的计算结果如下: 9. 应用 Abaqus具备了基本的声学有限元分析能力,可以求解如下问题: · 固体流体区域的声传播问题,考虑声吸收和声耗散。 · 声固耦合问题,声固界面容易创建,固体计算较为专业。 来源:有限元在线微信公众号(ID:FEAonline_CAE) |
GMT+8, 2025-3-13 09:31 , Processed in 0.050987 second(s), 25 queries , Gzip On.
Powered by Discuz! X3.4
Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.