平板的ANSYS声学分析

Lordtomorrow

一、参数说明

板的总体尺寸为0.2*0.2*0.004m。为了求解方便，本次分析采用了板的一半即0.2*0.1*0.004m进行谐响应分析，在板的上部中心位置施加1000N的力，频率范围为530－540Hz。

对此平板模型进行模态分析，其结果如表1所示：

表1 平板模态分析

图1 平板模型

图2 空气介质模型

三、网格划分

图3 整个模型的网格划分

四、结果与分析

图4 空气介质在平板振动频率为531Hz时的声压分布

图5 空气介质在平板振动频率为534Hz时的声压分布

图6 空气介质在平板振动频率为536Hz时的声压分布

图7 空气介质在平板振动频率为538Hz时的声压分布

图8 空气介质在平板振动频率为540Hz时的声压分布

经ANSYS求解，得到了表2所示的声压最大值和最小值，其内部具体的分布情况如图4至图8所示。

表2 声压分布

图9 声压最大值随频率的变化

图10 声压最小值随频率的变化

从图9中可知，声压的最大值趋势中的最大值出现在536Hz附近，与平板的一阶模态536.03Hz相一致；同理，图10中声压最小值分布趋势中的最大值也出现在536Hz附近，可知，平板的振动频率达到它的固有频率时振动最大，从而使得其产生声压最大。

程序清单

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/PREP7

ET,1,SOLID45                   !壳单元 类型1

ET,2,FLUID30                   ! acoustic fluid element with ux & uy(0-Structure present at interface (unsymmetric element matrix))

ET,3,130                       ! acoustic infinite line element

r,3,0.3,0,0

ET,4,FLUID30,,1,0              ! acoustic fluid element without ux & uy(1-No structure at the interface (symmetric element matrix))

! material properties

!材料1为铁

MP,EX,1,2.1E11

MP,DENS,1,7800

MP,NUXY,1,0.3

!材料2为空气介质

MP,DENS,2,1.21

MP,SONC,2,344

!建立模型

wprot,0,-90,0

SPHERE,,0.3,0,180                      !SPHERE, RAD1, RAD2, THETA1, THETA2

wprot,0,90,0

BLOCK,0,0.1, -0.002, 0.002, -0.1, 0    !BLOCK, X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2

BLOCK,-0.1,0, -0.002, 0.002, -0.1, 0

VGLUE,2,3

VOVLAP,1,2                             !Overlaps volumes

VOVLAP,3,4 

!对编号为2的体划分网格

lesize,9,,,20,1

lesize,19,,,20,1

lesize,14,,,20,1

lesize,18,,,20,1

lesize,11,,,20,1

lesize,16,,,20,1

lesize,12,,,20,1

lesize,17,,,20,1

lesize,8,,,4,1

lesize,15,,,4,1

lesize,13,,,4,1

lesize,10,,,4,1

VSEL,s,,,2

VATT,1,,1 

mshkey,1    !Specifies whether free meshing or mapped meshing should be used to mesh a model.1— Use mapped meshing.

VMESH,2

alls 

!对编号为4的体划分网格

lesize,32,,,20,1

lesize,31,,,20,1

lesize,35,,,20,1

lesize,33,,,20,1

lesize,28,,,20,1

lesize,34,,,20,1

lesize,20,,,4,1

lesize,27,,,4,1

VSEL,s,,,4

VATT,1,,1 

mshkey,1    !Specifies whether free meshing or mapped meshing should be used to mesh a model.1— Use mapped meshing.

VMESH,4

alls 

!对编号为1的体划分网格(此步骤划分网格需要手动进行)

VSEL,s,,,1

VATT,2,,2  !指定的材料属性为空气介质(与结构耦合)

SMRT,1

VMESH,1

alls

!修改不与平板（结构）接触单元的材料类型类型为空气介质（不与结构耦合）

esel,s,type,,1 

nsle,s 

esln,s,0  

nsle,s 

esel,inve 

nsle,s 

emodif,all,type,4 

alls

!在边界生成吸收单元。（使用单元fluid130）

Asel,s,,,1,2

NSLA,S,1

type,3 

real,3 

mat,2 

esurf                 !Generates elements overlaid on the free faces of existing selected elements.

alls 

!建立流－固接触面

Asel,s,,,8

Asel,A,,,10

Asel,A,,,7

Asel,A,,,5

Asel,A,,,19

Asel,A,,,15

Asel,A,,,17

Asel,A,,,20

NSLA,S,1

esel,s,type,,2

sf,all,fsi,1 

alls

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!第一种后处理方式，得到空气介质的声压分布，单位为分贝

/solu 

antype,harmic 

hropt,full 

f,131,fY,1000.

alls 

nsubst,10

kbc,1

HARF,337,337             !加载80Hz的频率

SOLVE 

!对与结构耦合的空气单元和未与结构耦合的空气单元进行后处理，得到声压分布

/post1 

SET,FIRST 

esel,s,type,,2 

esel,a,type,,4 

PLESOL, NMISC,4, 0,1.0  

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

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!第二种分析后处理方式，

!使用谐波分析法对530－540Hz频率之间进行频率扫描计算第一阶弯曲模态，从而检测到结构模型的固有频率

/solu 

antype,harmic 

hropt,full 

f,131,fY,1000.

alls 

nsubst,10

kbc,1

HARF,530,540             !加载频率530－540

SOLVE 

!检测到结构模型的固有频率

/post26

plcplx,0

nsol,2,1,u,x,d1ux

store

conjug,3,2

prod,4,2,3

sqrt,5,4

*get,uxmx,vari,5,extrem,tmax

/COM -------------------------------------------------------------

/COM                     Expected Result:

/COM

/COM The following "uxmx" should equal

/COM -------------------------------------------------------------

*status,uxmx

finish