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基于ANSYS经典界面的双波导的声辐射分析

2015-7-11 07:53| 发布者: admin| 查看: 1461| 评论: 0

摘要: 【问题描述】一个双波导管结构如下图所示。该结构由两个波导管和一个被吸声材料所封闭的长方体空间构成。现在这两个波导管的进口段各施加频率是1360HZ,振幅是1PA的声压波。现在要求整个结构内部的声压分布,并重点 ...

【问题描述】

一个双波导管结构如下图所示。该结构由两个波导管和一个被吸声材料所封闭的长方体空间构成。现在这两个波导管的进口段各施加频率是1360HZ,振幅是1PA的声压波。现在要求整个结构内部的声压分布,并重点比较几个对称点处声压的大小和相位。

image

【问题分析】

1. 这是一个谐响应分析问题。

2. 由于涉及到声场和边界层,而且是三维的规则空间结构,所以使用FLUID220单元,并分别给定不同的关键字,以表达声场主体和边界层。为了方便建模,先用MESH200建模四个面,然后通过拉伸的方式形成上述两个区域。

3. 对边界节点设置压力为零的声-软边界条件。

4. 在两个波导管的进口处设置压力激励源。

5. 用POST1绘制声压云图,而用POST26取出几个对称点的声压,进行比较。

6. 本例子来自于ANSYS15声场分析的例子《13.9. Example: Radiation from Two Waveguides》,为方便讲解,对命令流进行了调整,并在后处理中加入了云图显示。

7. 本例使用命令流进行讲解。

【求解步骤】

1. 建模

1.1 选择单元类型

在命令窗口中输入

/prep7
et,11,200,7
et,1,220,,1          

et,2,220,,1,,1       

上述命令首先进入了前处理器

然后定义了三种单元,其中

200是MESH200,用于定义面单元。该单元主要是为了创建其它体单元做过渡。用完后就会清除掉。

220是FLUID220,其中第3行的该单元用于域内,建模空气;而第4行用于建模边界,表达网格截断。

1.2 创建材料模型

在命令窗口中输入

c0=340
mp,dens,1,1.
mp,sonc,1,c0

上述命令用于定义材料的密度和声速。

1.3 创建几何模型

在命令窗口中输入

d=0.1
l=1.
s=0.5
a=2
dpml=0.25

上述命令用于定义几何体的参数

在命令窗口中输入
rect,-l,0,s/2,s/2+d
rect,-l,0,-s/2,-s/2-d
rect,0,a,-a/2,a/2
rect,0,a+dpml,-a/2-dpml,a/2+dpml

上述命令先后创建四个面如下图。

image

在命令窗口中输入

asba,4,3,,delete,keep
aglue,all

上述命令用最大的矩形减去内面的小矩形。然后把所有的面粘贴在一起,结果如下图。

image

1.4 创建有限元模型

在命令窗口中输入

h=d/2

esize,h
type,11
amesh,all

上述命令对所有面划分网格,使用的是MESH200,这只是划分临时面网格。结果如下图。

image

在命令窗口中输入

mshape,0
mshkey,0
asel,all
asel,u,,,5
esla
type,1
mat,1
esize,,1
vext,all,,,0,0,d,

上述命令拉伸现有的部分面单元MESH200(面积A1,A2,A4),生成声场单元FLUID220.结果如下图

image

在命令窗口中输入

asel,s,,,5
type,2,
mat,1
esize,,1
vext,all,,,0,0,d,

上述命令拉伸面单元MESH200(面积A5),生成声场的边界部分单元。结果如下图

image

在命令窗口中输入

asel,s,loc,z,0
aclear,all
alls
nummrg,all

上述命令删除开始生成的MESH200单元,然后对所有的节点,单元等进行合并。

1.5 设置边界条件

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,a+dpml
nsel,a,loc,y,-a/2-dpml
nsel,a,loc,y,a/2+dpml
d,all,pres,0.

上述命令用于选择外边界,设置其压力为零。即用于模拟吸声材料,完全吸收声压。

image

1.6 设置激励源                  

在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,-l
d,all,pres,1
alls
fini

上述命令用于选择双波导管的入口,设置其压力是1pa

image

2. 求解

在命令窗口中输入

/solu

pi=3.1415926535
k=8*pi
freq=k*c0/(2*pi)

上述命令进入求解器,然后定义了频率大小。

在命令窗口中输入

eqslv,sparse
antype,harmic
harfrq,freq
solve
fini

上述命令设置要进行谐响应分析,并设置激励频率的大小,然后开始求解。

3. 后处理

下面的后处理命令,依次定义6个关键节点的编号为变量,这六个节点如下图

image

在命令窗口中输入

/post26
prcplx,0
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,s/2+d
*get,A1,node,0,num,max

定义变量A1.

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,s/2
*get,A2,node,0,num,max

定义变量A2.

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,-s/2-d
*get,B1,node,0,num,max

定义变量B1.

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,-s/2
*get,B2,node,0,num,max

定义变量B2.

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,a
nsel,r,loc,y,a/2
*get,C1,node,0,num,max

定义变量C1.

在命令窗口中输入

nsel,s,loc,x,a
nsel,r,loc,y,-a/2
*get,C2,node,0,num,max

定义变量C2.

在命令窗口中输入

allsel

nsol,2,A1,pres,,Input_A1

是取出A1点的压力,定义为变量2,其别名是Input_A1

在命令窗口中输入
nsol,3,A2,pres,,Input_A2

nsol,4,B1,pres,,Input_B1
nsol,5,B2,pres,,Input_B2
nsol,6,C1,pres,,Output_C1
nsol,7,C2,pres,,Output_C2

其含义与上相同,依次取出A2,B1`,B2,C1,C2节点的压力,并依次定义为变量3,4,5,6,7中。

结果如下表

image

上述变量与节点编号的关系如下

image

在命令窗口中输入
prvar,2,5,

这是给出2,5号节点的声压关系,结果如下:

image

在命令窗口中输入

prvar,3,4,

这是给出3,4号节点的声压关系,结果如下:

image

在命令窗口中输入

prvar,6,7

这是给出6,7号节点的声压关系,结果如下:

image

可见,这些对称点的声压,在6-7号对称点最相近;而在2-5,3-4处则差距相对较大。

进入通用后处理,直接绘制此时的声压分布云图如下

image

从该云图可以看出,声压云图基本上是保持对称的。


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