基于ANSYS经典界面的双波导管声辐射分析

weixin

　　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。

　　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) 选择单元类型
　　在命令窗口中输入

　　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。

　　(2) 创建材料模型
　　在命令窗口中输入

　　上述命令用于定义材料的密度和声速。

　　(3) 创建几何模型
　　在命令窗口中输入

　　上述命令用于定义几何体的参数。

　　在命令窗口中输入

　　上述命令先后创建四个面如下图：

　　在命令窗口中输入

　　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：

　　(4) 创建有限元模型
　　在命令窗口中输入

　　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：

　　在命令窗口中输入

　　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：

　　在命令窗口中输入

　　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：

　　在命令窗口中输入

　　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。

　　(5) 设置边界条件
　　在命令窗口中输入

　　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。

　　(6) 设置激励源
　　在命令窗口中输入

　　上述命令用于选择双波导管的入口，设置其压力是1pa。

　　2、求解

　　在命令窗口中输入

　　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

　　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

　　在命令窗口中输入

　　定义变量A1.

　　在命令窗口中输入

　　定义变量A2.

　　在命令窗口中输入

　　定义变量B1.

　　在命令窗口中输入

　　定义变量B2.

　　在命令窗口中输入

　　定义变量C1.

　　在命令窗口中输入

　　定义变量C2.

　　在命令窗口中输入

　　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

　　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：

　　上述变量与节点编号的关系如下：

　　在命令窗口中输入

　　这是给出2,5号节点的声压关系，结果如下：

　　在命令窗口中输入

　　这是给出3,4号节点的声压关系，结果如下：

　　在命令窗口中输入

　　这是给出6,7号节点的声压关系，结果如下：

　　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：

　　从该云图可以看出，声压云图基本上是保持对称的。

　　来源：新浪宋博士的博客，作者：宋少云教授，武汉轻工大学