Řešení problémů

Simulace akustických vln v průtoku ANSYS. Numerické modelování dopadů zvuku v softwarovém balíčku ANSYS CFX

Úvod

Celosvětový trend směrem k nárůstu komfortu letadel diktuje nová pravidla, nyní technika by neměla létat - a létat ekonomicky, vytvářet co nejméně nepříjemnosti pro osobu. Jedním z hlavních faktorů nepohodlí je hluk, s hodnotou nad 80 dB, je považována za škodlivé pro člověka.

Aeroshums lze rozdělit do dvou tříd: vytvořené při míchání částic média v proudu a při proudění kolem proudu pevné tel. K první třídě lze hluk proudu přičítat druhou - hluk průtoku kolem vodičů (tzv. Eols tónu), šroubů, ventilátorů atd. Zvuk hydrodynamických studií původu Hydroacoucustics.

Ve složení hluku vyzařovaného ložiskovým šroubem se rozlišuje vír (nebo širokopásmový) šum, hluk otáčení lopatek a bavlněných lopatek. Ačkoli rozdíl mezi těmito složkami není tak velký, jak se zdá, že taková klasifikace je užitečná pro prezentaci výsledků.

Vytvoření nízkého hluku a efektivního šroubu je velmi vážný problém, protože tyto dva znaky se obvykle samostatně od sebe. Vývoj takových šroubů potřebných pro použití nových materiálů nebo konstrukčních nápadů.

1.Torenizace zvuku

Ačkoliv je vrtulník nejvíce hlučným letadlem vertikální vzlet, úroveň hluku způsobeného nimi je stále velmi vysoká. To může být významnou nevýhodou vrtulníku, pokud v procesu návrhu nepřijmout zvláštní opatření ke snížení hluku. Vzhledem k tomu, že požadavky na úroveň hluku letadla jsou stále přísnější, studie zvuku emise dopravce v procesu navrhování vrtulníku je důležitá. Vzhledem k frekvenci zefektivnění šroubových listů je šumový spektrum znečištěno v blízkosti frekvencí, více frekvenční nQ procházející lopatky (obr. 1.1). Záření hluku je způsobeno tím, že trvalé složky zvedací síle a odolnostní síla se otáčejí společně s lopatkami, stejně jako změna vysokofrekvenčních složek těchto sil. V oblasti vysokých frekvencí je expanze spektrálních linií, které je spojeno s náhodnými změnami v průtokových parametrech, zejména s výkyvy zátěže vznikajících pod vlivem volných vírů. Akustický tlak se v čase mění hlavně s obdobím n / nq.Kromě toho existují ostré vrcholy tlaku spojeného s lokální aerodynamickými jevy, jako jsou projevy stlačitelnosti a způsobené změnami vortices v zatížení. Ve složení hluku vyzařovaného ložiskovým šroubem se rozlišuje vír (nebo širokopásmový) šum, hluk otáčení lopatek a bavlněných lopatek. Ačkoli rozdíl mezi těmito složkami není tak velký, jak se zdá, že taková klasifikace je užitečná pro prezentaci výsledků.

Vortex nebo širokopásmové připojení, hluk je vysokofrekvenční píšťalovací zvuk, frekvence a amplituda, jejichž amplituda jsou modulovány periodickým signálem, který má frekvenci lopatek. Tento hluk je náhodný a spojený s náhodnými změnami v zatížení na lopatkách. Energie takového hluku je distribuována podél významné části spektra zvukových frekvencí, která pro nosičový šroub zabírá od asi 150 do 1000 Hz s maximem přibližně 300-- 400 Hz. (Je třeba poznamenat, že rozsah slyšení pro osobu je 100-20000 Hz s maximálním vnímáním na frekvenci 1000 Hz) vírového šumu nosného šroubu způsobeného hlavně náhodným změnami ve výtahu v důsledku průchodu čepele v turbulentní stezka. Konečné víry hrají zvláštní roli ve svém stvoření. Mezi dalšími zdroji vírového hluku je možné změnit změnu lopatky v důsledku příčných vírů sbíhajících z zadního okraje, turbulence příchozího průtoku, jakož i separace a turbulence hraniční vrstvy. (Je třeba poznamenat, že název "vírového šumu" odráží počáteční koncept svého spojení s cestou příčných vír, podobných výsledným výsledným, když je válec průtok. Maximální intenzita hluku otáčení klesne na velmi nízké frekvence , takže několik nízkých harmonických harmonických nesmí spadat do zvukového rozsahu. Pokud tedy převládá hluk otáčení, pak to není nejvíce nepříjemnější pouzdro pro vnímání. S ohledem na vnímání převažujícího se často ukazuje, že je to vortexový hluk .

Obrázek 1.1 - Spektrum hluku nosného šroubu

Hluk otáčení je určen čistě periodickou změnou akustického tlaku generovaného periodickým výkonem lopatek do vzduchu. Spektrum takového hluku se skládá z diskrétních frekvenčních linek, více frekvence Nq. Předávání lopatek. Hluk otáčení převažuje v nízkofrekvenční části spektra a v případě nosného šroubu odpovídá frekvencím od nepovoleného. Hluk otáčení může způsobit vibrace návrhů vrtulníku a poškození únavy. Kromě toho, nízkofrekvenční hluk se šíří v atmosféře, zatímco vysoká harmonika rychleji vybledla z vrtulníku. Proto, ve velkých vzdálenostech z vrtulníku, bavlněných lopatek a hluk otáčení nosného šroubu je největší hodnoty. Vrtulník je obvykle detekován akusticky pro hluk otáčení nosného šroubu.

Hluk se měří ve speciálních jednotkách - decibely (dB) určené vztahem

1 db \u003d 10. lg.

Logaritmická stupnice se používá, protože lépe odráží rozdíly v objednávkách velkých zvukových signálů a vlastnosti reakce sluchu na hluk je úměrný logaritmu jeho výkonu. Intenzita proudu akustické energie v určeném bodě pole je určena velikostí

kde R.- Porušení tlaku, A - rychlost rozhořčeného pohybu média. Okamžitá hodnota je energie emitovaná plocha jednotky. V dalekém poli jsou s poměním spojeny rozhořčená rychlost a tlak, takže intenzita toku energie je stanovena výrazem

kde - rychlost zvuku, je průměrná hodnota hustoty vzduchu, je průměrná kvadratická hodnota zvukového tlaku. Intenzita akustického záření je tedy stanovena velikostí průměrného kvadratického tlaku. Slyšení orgánů a návrh letadla reagují na odchylku tlaku z atmosféry. Proto je hluk charakterizován hladinou zvuku. Spl. (Hladina akustického tlaku) měřená v decibelech s ohledem na referenční tlak Spl.=20 lg..

Obvykle brát referenční tlak. Takže křivka spektrální hustoty průměrného kvadratického tlaku lze považovat za zákon distribuce frekvence zvukové energie.

aerodynamický zvukový konec

2. Zvuk

2.1 Výběr metody výpočtu

Pro výpočet zvuku, jak je patrné z kapitoly 1, je nutné mít empirická data získaná z experimentů s proplachováním. Proces purge je velmi drahý, takže bylo rozhodnuto použít program simulující všechny tyto procesy.

Jeden z těchto programů je Ansys. A jeho modul. CFX..

Ansys. - Softwarový balíček metodou konečných prvků pro výrobu výpočtů.

CFX.- Modul softwaru Ansys. Včetně výpočtu aerodynamických charakteristik.

2.2 Volba profilového kotouče

Provedení výpočtu vybrané z modifikace profilu profilu Atlas Clarka.-15, jehož vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 2.2.1. Volba je odůvodněna skutečností, že profil je poměrně jednoduchý a nezpůsobí potíže v jeho simulaci 3 D..

Tabulka 2.2.1 - Modifikace vlastností profilu Clark. Y.-15

Kde. K. max-Maximální aerodynamický profil kvality, C. ymax. - maximální koeficient zdvihu, C. xmin.- koeficient minimálního odporu čelního skla, C. m. 0 -dation koeficientu podélného momentu C. y.=0.

Obrázek 2.2.1- Graf změny zvedací sílu křídla z úhlu útoku

Obrázek 2.2.2- Dažádný profil

Jak je vidět z obr. 2.2.2 Simulovaný profil má podobnosti, ale ne identický s profilem TSAG tímto způsobem lze poznamenat, že vytvoří nějakou chybu výpočtu

2.3 Výpočet profilu sloupad

2.3.1 Stanovení oblasti vypořádání

V souvislosti s nedostatkem údajů o zvuku analyzujeme tok kolem čepele Ansys. CFX.Aby bylo možné určit přesnost modelu a objektů jeho zdokonalení, a zážitek z čištění profilu budou simulovat Clarka.-15 v aerodynamické trubce T-1 umístěné v Tsagě.

Geometrické vlastnosti lopatek jsou uvedeny v tabulce 2.2.1.

Vypočtená oblast je vybrána podle aerodynamické trubky T-1 používané TSAGI.

Tabulka 2.3.1.1 - geometrie oblasti vypořádání

2.3.2 Stanovení okrajových podmínek

Jak bylo řečeno dříve, ANSYS CFX je založen na způsobu konečných prvků, tj. Pro vyřešení rovnic je nutné zavést okrajové podmínky (aby se rovnice určené, které mají být stanoveny), a to podmínky na vstupu a Výstup z oblasti vypořádání, vlastnosti média.

Provádění podmínek pro výpočet, aby je uvedlo do tabulky 2.3.2.1. Současně je nutné řídit atlas a metodologickými přínosy A.NSYS..

Tabulka 2.3.2.1 - ohraničené podmínky

Průtok byl zvolen vyšší než ve zkušenostech, která nebude mít vliv na výsledky a počet reynoldů a model se přiblíží skutečným letovým podmínkám.

Obrázek 2.3.2.1 - vypočtená oblast

Obrázek 2.3.2.1 ukazuje vypočtenou oblast.

Ve středu, na začátku souřadnic je profil čepele. Pro urychlení výpočtu je simulována pouze polovina trubky a lopatky vzhledem k rovině symetrie, která také snižuje zdroje používané programem dvakrát.

2.3.3 Vytvoření mřížky a výpočtu

Při vytváření mřížky se berou v úvahu parametry pro společnou mřížku (obr. 2.3.3.1) pro lokální mletí mřížky (obr. 2.3.3.3) a hraniční vrstvy (obr. 2.3.3.4).

Obrázek 2.3.3.1-parametry sdílené mřížky.

Obrázek 2.3.3.2- Měsíční menu Měsíc.

Obrázek 2.3.3.3- Vytvoření lokálního rozdělení mřížky.

Obrázek 2.3.3.4 - Definice hraniční vrstvy.

Při určování optimálních rozměrů celkové mřížky provádíme výpočet při různých hodnotách se sekvenčním poklesem velikosti mřížky, zvýšení počtu buněk.

min. velikost\u003d 1 mm.

Max velikost tváře\u003d 70 mm, maximální velikost.\u003d 200 mm.

							z,kg / m 3

Tabulka 2.3.3.1 - Aerodynamické hodnoty při parametrech mřížky min. velikost\u003d 1 mm.

Max.velikost\u003d 50 mm, maximální velikost.\u003d 100 mm.

Py., N.	Px., N.	S., m 2.	z,kg / m 3

V tomto případě chyba pro úhel 0? V tabulce 2.3.3.2.

Tabulka 2.3.3.2- Definice Chyba.

Na základě tabulky 2.3.3.2. Určete, že je nutné použít menší síť pro zvýšení přesnosti výpočtu. S parametry Max tvář. velikost\u003d 50 mm, max velikost\u003d 100 mm.

Pro určení velikosti hraniční vrstvy je nutné vytvořit rychlostní graf přes profil.

Obrázek 2.3.3.5 - Rozvrh rychlosti rozložení na okraji profilu

a- teoretické hodnoty rychlosti na hranici s tělem

základní hodnoty rychlosti na hranici s tělem

Na základě výkresů lze říci, že tloušťka hraniční vrstvy je asi 18-12,77 \u003d 5,23 mm, kde 12,77 mm výšku profilu kotouče.

2.3.4 Stanovení mřížkových montážních zón

Na základě rozdělení tlaku v pracovním prostoru definujeme mřížkové zóny.

Obrázek 2.3.3.1 - Distribuce tlaku v pracovním prostoru.

Obrázek 2.3.3.2 - Mřížka rozdělená zóna.

Rozměry vnitřní zóny jsou 625 H100H900mm, vnější zóna je 1000H400Ch900mm podél vnější stěny a 800H120CH900 mm vnitřní.

Velikosti buněk ve vnitřní oblasti jsou 8 mm, ve vnější oblasti je 12,5 mm. Také se mřížka na povrchu čepele zadáním parametru tvář. dimenzování. s hodnotou 2 mm. Počet buněk při výpočtu byl 8,12 milionů.

Y.+ Podle které přiměřenost modelu síťoviny v místních zónách dosáhne 66.

Obrázek 2.3.3.3 - Distribuce Y.+ Profilovými lopatkami.

Y.+ - Bezrozměrný parametr charakterizující hraniční vrstvu, vzdálenost od první hraniční vrstvy ke stěně.

Pro úhel 4? Přijali následující data zobrazená v tabulce 2.3.3.1.

Tabulka 2.3.3.1- Výsledky výpočtu pro úhel 4?.

Výsledky ověřujeme model větší mřížky.

Broušení mřížky ve vnitřní oblasti je 15 mm, ve vnější oblasti 30 mm.

Také se mřížka na povrchu čepele zadáním parametru tvář. dimenzování. s hodnotou 5 mm.

Počet buněk při výpočtu činil 2,14 milionu, což je podstatně menší a urychluje dobu výpočtu.

S takovými parametry hodnota koeficientu Y.+ Podle které přiměřenost modelu síťoviny v místních zónách dosáhne 58.

Obrázek 2.3.3.4 - Distribuce Y.+ Profilem na větší mřížce.

Tabulka 2.3.3.2- Hodnoty výsledků na větší mřížce.

Podle tabulek 2.3.3.1 a 2.3.3.2 je chyba výpočtů pro zvedací sílu

Chyba tedy má nízké hodnoty a není třeba vytvořit příliš malou síť.

Obrázek 2.3.3.5 - Přijaté odhadované ok.

2.3.4 Charakteristiky profilu výpočtu

Vypočítejte vlastnosti profilu na vybudovaných modelech pro rohy od 0? Až 16?.

Tabulka 2.3.4.1 - výpočet profilu.

Výsledky analyzujeme podle vlastností získaných v TSAGA.

Obrázek 2.3.4.1 - Aerodynamická kvalita profilu

Obrázek 2.3.4.2 - Odolnost proti profilu.

Obrázek 2.3.4.3 - Výkon pro zvedání profilu.

Obrázek 2.3.4.4 - Charakteristika profilu podle TSAGA.

Na základě obrázků 2.3.4.1-2.3.4.4 lze říci, že výsledek má chybu spojenou s metodou výpočtu zavedené předpoklady v modelu turbulence, stejně jako nejvyšší chyba spojená s geometrickou nepřesností profilů, takže Můžeme konstatovat, že design je nutné použít atlas, který má velké množství Souřadnice profilu (a ne 2, jako v tsagi atlas).

2.4 Výpočet zvuku

Při výpočtu zvuku se použijí 3 modely čepele. Vacade bez modifikovaného konce, čepel s tipingovým typem lingletta, čepel s horizontálním koncem. Na základě výpočtu je plánováno určit vliv změn strukturní struktury profilu na aerodynamických charakteristikách profilu a hluku.

Při výpočtu zvuku se použijí 3 modely čepele. Čepel bez modifikovaného konce, čepel s koncem typu lingletta, čepel s koncem v horizontální rovině (viz zločiny 2). Na základě výpočtu je plánováno určit vliv změn v konstrukci konce konce hluku a aerodynamických charakteristik profilu. Při vytváření modelu se použije profil dříve. Základní aerodynamické charakteristiky SK. - koeficient čelního skla, Su. - koeficient zvedací síly, \\ t na - Aerodynamická kvalita, která je uvedena v tabulce 1.

Tabulka 2.4.1- Aerodynamické vlastnosti profilu získané v ANSYS.

Obrázek 1- Profilové lopatky

atlans Tsagi, B-model v ANSYS

Na základě údajů uvedených v atlasu profilů je vyvinut geometrický model.

Obrázek 2-Model Blade

a-model s horizontálním koncem, B-typu Linglett.

Výpočet šumu je vyroben pro režim na zemi při vyjmutí z vrtulníku 1, 150 m. Úhel instalace lopatek je odebrána 10? Na základě skutečnosti, že na režimu vzletu na vrtulnících, trvá přibližně takové hodnoty. Výpočet bude proveden na stejném principu jako dříve.

Tabulka 3- ohraničené podmínky

Obrázek 3 - vypočtená oblast.

Vypočítaná oblast má následující rozměry:

Výška 4m.

Poloměr 6m.

Rohový řez bočních ploch 30?

Vzdálenost od osy k řezu bočních povrchů 2m.

Při vytváření síťoviny na povrchu čepele je borderová vrstva vytvořena stejnou hranicí vrstvy při výpočtu aerodynamických charakteristik profilu, 5,23 mm, počet vrstev n.\u003d 10 hraniční vrstvy jsou přijímány z doporučení zdroje.

Broušení mřížky došlo podél zón větší plochy, 160H900mm ve vnitřní oblasti, 800H3000mm v externí oblasti, a bylo rozhodnuto zvýšit hloubku broušení na 2000mm v důsledku přidání jemných pokut.

Obrázek 2.4.2 - mřížkové zóny

Na základě úvah o míře výpočtu byly zvýšeny velikosti buněk.

Obrázek 2.4.3 - Rozměry celkové mřížky

Obrázek 2.4.4- Velikost vnitřní mřížky.

Obrázek 2.3.5- Velikost ok vnější domény.

Obrázek 2.3.6- Velikost hraniční vrstvy.

Celkový počet buněk činil 1900 tisíc. Během výpočtu byla získána zvuková frekvence, hladina zvuku.

Obrázek 5- Rozvrh pro změnu zvuku různých lopatek při odstraňování 1m.

Obrázek 6- Graf změny zvuku různých lopatek při odstraňování 150m.

Na základě výkresů je třeba poznamenat, že změna provedení poskytla jako pozitivní vliv na hladinu zvuku vrtulníku, hluk čepele s koncovým typem typu linglettového typu se snížil a negativní, hluk Čepel s horizontální koncovou růží.

3. Analýza aerodynamiky

Pro určení účinku na aerodynamické vlastnosti, budeme srovnávat pro tři lopatky pro zvedání výkonu, rozložení rychlosti, turbulence.

Tabulka 3.1- Síly působící na čepel bez konce

Tabulka 3.2- Síly působící na čepel s typem typu lingletu typu.

Tabulka 3.3- Síly působící na čepel s horizontálním koncem

Jak je vidět z tabulek 3.1-3.3, změna profilů výrazně ovlivnila síly působící na lopatky, zatímco pevnost podél osy Y působí na čepel bez nohou, což je s největší pravděpodobností díky tvorbě reverzních toků Pro čepel, viz obrázek 3.1.

Obrázky toku kolem lopatek získaných při změně konce (viz. Změny. Změny.3.1-3.5) ukazují účinky geometrické změny profilu čepele na aerodynamických vlastnostech, lze poznamenat, že se změnou v konce obrázku Změny comamentu, což naznačuje potřebu dalšího výzkumu v oblasti aerodynamiky a změny v designu uvedení čepele.

Obrázek 3.1 - Vektorové rychlosti za čepelí bez konce.

Obrázek 3.2 - Vektory rychlosti pro Lopad s typem linglette

Obrázek 3.3- Velocity vektory pro čepel s horizontálním koncem

Zx. pro lopatky bez konce.

Obrázek 3.4- Rozdělení rychlostí v rovině Zx. pro čepel s horizontálním koncem.

Obrázek 3.5- Rozdělení rychlostí v rovině Zx. pro čepel s tipovým typem lingletta.

závěry

Během práce, princip a postup pro výpočet programu Ansys. CFX.Aerodynamické vlastnosti profilu jsou identifikovány, byl vytvořen model pro výpočet otáčení kotouče, zvuk byl vypočten pro zvuk pro tři typy lopatek: bez konce, s tipem typu lingletu, horizontální konec, aerodynamika těchto lopatek analyzován.

Čepel bez konce má průměrnou hladinu hluku, aerodynamické vlastnosti této čepele během otáčení jsou nízké, zvedací síla je negativní, je možné použít zakřivení čepele.

Čepel s koncem typu lingletta má nejnižší hladinu hluku, zatímco aerodynamické vlastnosti jeho průměru, zvedací síla, která je vytvořená tímto čepelem poněkud nižší než z čepele s horizontálním koncem, což je možné způsobené větší plochou Druhý.

Čepel s horizontálním koncem vytváří největší hladinu hluku, zatímco zvedací síla je také největší hodnotou, která je možná větší oblastí čepele.

Je tedy třeba dále prozkoumat čepel a návrh konce pro stanovení optimálního, je třeba také poznamenat, že studie byla provedena na hluku otáčení čepelí, vírového hluku a hluku bavlny Blades nebyly zohledněny.

Bibliografie

1. Johnson W. Teorie vrtulníku: ve 2 knihách. Za. Z angličtiny .-- M.: Mir, 1983. - (letecká a raketa a kosmická technologie). Kn. 2. 1024 S,

2. Akutika letectví: Sbírka práce .-- M.: TSAGI, 1978 .-- 67С. ; 25 cm. - (tsagi.tuda; vydání 1902) .-- 70k.

3. Akustika letectví: Sbírka prací .-- M.: TSAGI, 1979 .-- 100 S. ; 26 cm - (tsagu.tuda; vydání. 2000) .-- 1.03

4.Ansys CFX-Solver Modeling Guide. 483s.

Podobné dokumenty

Pravidla pro stanovení vlastních frekvencí a forem oscilací kompresorového rotoru. Výpočet kolečkových a robotických kol. Studium možností řešení kontaktních úkolů v systému ANSYS. Zvážení výsadby prvků na hřídeli s garantovaným napětím.

disertační práce, přidaná 20.07.2014

Úkoly odhadovaného výpočtu parní turbíny. Stanovení počtu kroků, jejich průměru a distribuce tepla kapky podél kroků. Výpočet plynu-dynamických charakteristik turbíny, výběr profilu čepele trysky, určující spotřebu páry.

kurz, přidáno 11/11/2013

Provádění numerických studií konvektivních toků v softwarových balíčcích ANSYS, které jsou vytvořeny v důsledku lokalizovaného ohřevu ve válcové vrstvě tekutiny. Porovnání hlavního výpočtu má za následek CFX a plynulý pro různé režimy průtoku.

diplomová práce, přidána 03/27/2015

Záplavy letadel jako součást aerodynamiky sekce. Význam těchto vlastností k vyhodnocení aerodynamických vlastností. Výpočet distribuce dipolů na válcové těleso mající špičatou hlavu s parabolickým tvarováním.

vyšetření, přidáno 10.12.2009

Metody dynamické analýzy plynové spalovací komory s použitím ANSYS Engineering balíku. Použití plynové turbíny v moderním průmyslu. Hlavní ukazatele spalovacích komor. Analýza bezpečnosti a přívětivosti pro životní prostředí projektu.

kurz práce, přidáno 30.09.2013

Výpočet objemů a entalpies vzduchu, stejně jako produkty spalování paliva. Tepelná rovnováha kotle. Stanovení parametrů výměny tepla v peci. Postup a metodika pro výpočet vodní ekonomizéru, aerodynamických parametrů. Tepelný zůstatek.

kurz, Přidáno 04.06.2014

Aplikace programu Thermo-Calc pro výpočet multicomponent Status diagramy. Výpočet polytermických řezů (obtížné a záření). Stanovení nekrytlové krystalizace v termo-calk Programu podle modelu SHEIL, teplota rovnovážného likvidu.

vyšetření, přidané 01/12/2016

Aplikujte způsob obrysu Currents pro výpočet elektrických obvodů. Algoritmus pro sestavování rovnic, postup pro výpočet. Metoda uzlových potenciálů. Současná definice je pouze v jedné pobočce pomocí ekvivalentní metody generátoru. Separace schématu na následovník.

prezentace, přidaná 10/16/2013

Hlavní typy fyzických oblastí v RES strukturách. Modelování tepelného pole integrovaného obvodu v CAPR ANSYS. Simulace pole elektromagnetického pole integrovaného obvodu, oscilace v ohybu tištěného uzlu. Vysoká přesnost a rychlost modelování.

metodika, přidaná 10/20/2013

Výpočet odhadů pravděpodobnostních charakteristik. Vytvoření automatizačních nástrojů pro výpočet charakteristik spolehlivosti tří hektrovských systémů. Tvorba a implementace programu v prostředí Pascal, což vám umožní vypočítat pravděpodobnost spolehlivosti provozu.

Analýza akustiky v ANSYS Mechanical 15.0

Sergey Khrulev.
Technická podpora inženýr, GK "PLM Ural" - "Pecks-Ural"

Více než 40 let, ANSYS, Inc. Rozvíjí řádek svých produktů pro inženýrské výpočty a pravidelně poslouchají potřeby a přání uživatelů, vydává aktualizované verze. Skupina společností "PLM Ural" - "DELKOM-URAL" i nadále informovat čtenáře časopisu o inovací verzi Engineering Software Ansys 15.0. V této publikaci budeme hovořit o softwarových produktech pro řešení akustických a vibroakustických úkolů.

Modelování Acustics.

Ve verzi 15.0 ANSYS umožňuje prozkoumat původ, distribuci, emise, absorpci a odraz zvukových tlakových vln v akustickém prostředí. Akustika v ANSYS Mechanical je kompletní knihovna akustických konečných prvků, velkou sadu skutečných vlastností materiálů, konjugátová konstrukční a akustická interakce pro řešení problémů vibračního řešení Vibro-Acoux-Tick, vysoce výkonné řešení, přílohy licenčních aplikací. Ansys multifyzika. Analýza akustiky byla dříve dostupná pouze v mechanickém APDL ("Classic" Ansys), ale s příchodem modulu ACT (nástroj pro přizpůsobení aplikací) je nyní implementován v ANSYS Workbench.

Použití akustických schopností balení, lze vyřešit mnoho topických úkolů, jako je: Eliminace hluku v automobilech; Minimalizace hluku ve výrobních strojích; akustika budov a struktur; Projektování sluchových zařízení; Studium hydroakustiky; Vývoj sekcí, reproduktorů, akustických filtrů, tlumiče a jiných podobných zařízení; geofyzická inteligence; Aerocus Tika. Všechny tyto úkoly jsou vyřešeny jak v bytě, tak v hromadné produkci pomocí modálních, harmonických a přechodových modulů (čas alei a frekvenční oblasti), stejně jako kompletní nebo jednostranné rozhraní výpočtů pro řešení vibroakustických úkolů.

V modální analýze jsou určeny jejich vlastní frekvence a forma oscilací. Je možné nastavit impedance a strukturální interakce jako okrajové podmínky. Použijí se vojáci, jako jsou lantseos, podprostory, tlumení a asymetrická matrice (blokové lanczos, subprostor, tlumené a nesymetrické).

V harmonické analýze se odezva systému vypočítá jako funkce v závislosti na excitační frekvenci na základě objemového průtoku nebo excitačního tlaku. Odpověď systému včas oregion se stanoví v nedostupné analýze (přechodné).

Workbench také má prostředky pro vysílání elektromagnetických sil z modulu Maxwell v mechanickém. To je užitečné při navrhování struktur, ve kterých jsou mechanické vibrace vzrušené elektromagnetickými silami zdrojů významného hluku.

Vibroacust.

Vibractické úkoly znamenají posouzení účinku na návrh hlučných i vibračních vlivů. ANSYS 15.0 Nabídky pro Vibroacustic analýzu plnou (užitečnou pro řešení problémů s hydroakustika) nebo jednostranné rozhraní dvou typů výpočtu.

Jednostranná konjugace je účinnější pro akustické výpočty konstrukce, dokud nemůže být opomíjeno akustický účinek. Výsledky strukturálního výpočtu v tomto případě se používají jako akustická excitace. Strukturální (rozklad vlastních forem nebo kompletních) a akustických testů jsou prezentovány ve dvou různých modulech harmonických analýz. Vibrace jednotek modelu jsou přenášeny do harmonické akustické analýzy pomocí odkazu na schématu projektu. Data mohou být navíc předána z externích dat nebo souborů ve formátu ASI, které na rozdíl od předchozích připojení podporuje konformní mřížku.

S plnou konjugací, konstrukční a akustické rovnice mohou být vyřešeny metodou asymetrické nebo symetrické matrice - druhý je účinnější. Plně konjugovaná vibro-akustická analýza také zahrnuje interakci s piezo elektrické prvky, což umožňuje vyřešit mnoho úzce souvisejících úkolů až po design senzorů a reproduktorů.

Zatížení a okrajové podmínky

Při řešení vibrovaných úkolů jsou nastaveny odpovídající zatížení a okrajové podmínky.
Nejprve se jedná o zdroje zvukového tlaku, které mohou být nastaveny plochou vlnu (její přední strana má letadlo), monopol, dipól atd.

Kromě toho můžete nastavit rychlost šíření vln (včetně jak závislých na funkci), hmotnostní zdroj ve vlnové rovnici (spustí tlakové vlny ve všech směrech), impedanční a absorpční koeficient (oba včetně obou frekvenčních funkcí).

Zvukový rozptyl

Akustika je zkoumána rozptylem jako proces: zvukové vlny jsou rozptýleny s pevnými předměty nebo při distribuci prostřednictvím nehomogenního prostoru (například zvukové vlny v mořské vodě pocházející z ponorky).

Na designu s disperzí

Model akustického problému je obvykle design ponořený do nekonečného homogenního ideálního prostředí. V ledu snížit náklady na počítačové zdroje a inženýrské čas, je nutné snížit pozornost území. Podmínky absorpce vlny nám dávají příležitost simulovat menší část regionu a naznačují, že výstupní vlny probíhají na vnější stranu bez odrazu. Existují tři typy absorpčních podmínek vln:

Dokonale odpovídající podmínky vrstev (podmínky dobře vybraných vrstev) jsou vrstvy absorpční vlnové délky konečných prvků, které jsou navrženy tak, aby trimten otevřené domény v harmonické analýze. Tato metoda nevztahuje se v modální a nestacionární analýze;

Okrajová hranice (ohraničení vyzařování) - omezení tlakového poměru a rychlosti tvaru vlny, absorpční koeficient;

Nekonečné prvky fluidní kapaliny (polo-nekonečné médium) - Definice absorbujících prvků druhého řádu (například tekutina130 nebo tekutina129) na hranici modelované části média.

Výsledky zpracování

Výsledky získané během výpočtu se mohou týkat nejen k blízkému poli (CE mesh), ale také na dálku. Výsledky zpracování v dalekém poli umožňuje vybrat bod na vzdálenosti, z mřížky, vybudovat grafy.

Po řešení akustického problému může být nutné vypočítat některé parametry akustické distribuce systému. Například spotřeba energie (vstupní napájení) a výstupní napájení (výstupní napájení), ztráty vratnosti (ztráta zpět), útlumový koeficient a ztráta přenosu.

Výkon řešení harmonické analýzy

Existují dvě metody řešení harmonické analýzy. Jedním z nich je kompletní metoda - vytváří řešení matice rovnice při každé frekvenci. Druhá je VT (variační technologie) - alternativní metoda řešení, která je založena na harmonické plné metodě zametání algoritmu a provádí rozkladu matrice na frekvencích odběru vzorků a provádí rychlé zametání ve frekvencích. Způsob VT nepodporuje materiály / zatížení závislé na frekvenci, symetrické konjugované algoritmus, perforované materiály (tj. Obsahující prázdnotu nebo jejich užívání), jednorázové a bilaterální konjugace (vibroakustni).

Tlak na frekvenci 700 Hz

Příklady aplikace

Jedním z nejvýraznějších příkladů struktur vyžadujících akustickou analýzu jsou poradenské zboží, jako jsou reproduktory a tlumiče.

Úplná související akustická analýza také hraje důležitou roli při konstrukci rezonátoru čtvrtinové vlny. Pro snížení zvukového tlaku se jeho panely sklízejí z trubek různých průměrů a délky. Absorpce zvukového tlaku specifické frekvence Panel rezonátoru dochází také v důsledku vnitřního viskózního tření.

Reflexní tlumič

Závěr

Skupina společností "PLM Ural" - "Delkom-Ural" je zplnomocněný zástupce společnosti ANSYS, Inc. Na území Ruska a CIS po dobu delší než 20 let a je zapojen do poradenství, inženýrství, implementace softwaru, technickou podporu a školení. Naše společnost má stav vysoce kvalifikovaného, \u200b\u200bcertifikovaného vývojářem technických specialistů s dlouholetými zkušenostmi, které provádějí různé výpočty. Chceme, aby publikace byly zajímavé pro čtenáře, takže vám doporučujeme podílet se na výběru nejvíce stisknutých témat pro diskusi na stránkách časopisu. Čekáme na vaše přání na našich stránkách (www.cae-club.ru,
www.cae-expert.ru)! Také na našich zdrojích najdete mnoho užitečných a zajímavých pro sebe!

rezonátor

1 Akustická impedance - poměr komplexní amplitudy zvukového tlaku na hromadnou oscilační rychlost (pod ním je chápán jako produkt zprůměrovaný normální složkou oscilační rychlosti do oblasti, pro kterou je stanovena akustická impedance).

2 Konformní síť konečných prvků je ten, ve kterém mají kontaktování povrchů běžné uzly.

3 Monopol je ideálním emitorem, který vytváří sféricky symetrickou, divergentní vlnu;

4 dipól - dvě monopoly se stejným modulem a opačným směrem ve směru objemových rychlostí umístěných na malých ve srovnání s vlnovou délkou vzdálenosti;

5 Rozptyl je obecný fyzikální proces, ve kterém jsou některé typy záření, jako jsou lehké, zvukové nebo pohyblivé částice, jsou nuceny odchýlit se od přímé trajektorie v důsledku jedné nebo více lokalizovaných nehomogenitách v médiu.

Dodávání comsol multiphysics ® Základní platformy akustiky získáte přístup ke specializovaným metodám pro analýzu akustických oscilací a vibrací, které rozšiřují schopnosti softwarového balíčku COMSOL ®.

Modul Acoustics obsahuje nástroje pro modelování následujících úkolů:

Absorbéry a tlumiče
Akustický přestrojení
Radiační zvuk
Akustické toky

Mikrofony
Mobilní zařízení
Formy oscolací prostor a struktur
Tlumiče

Úkoly biologické akustiky
Volumetrické akustické vlny (OAV - baw
Akustika koncertních sálů
Konvekční akustika
Nestabilita pálení
Coriolis průtokoměry
Akustika automobilů
Difuzory
Elektroakustické převodníky
Průtokoměry
Hluk z toku tekutiny
Interakce tekutiny a konstrukce ve frekvenční doméně
Naslouchátka
Pulzní charakteristiky
Hluk proudových motorů
Reproduktory
Mikroelektromechanické akustické senzory
Mikroelektromechanické mikrofony

Hudební nástroje
Hluk a vibrace mechanického vybavení
Zvukově-absorbující materiály a zvuková izolace
Nedestruktivní testování a řízení (NDT)
Výzkum oleje a plynu
Piezoakustické převodníky
Jet a absorpční tlumiče
Akustika prostor a budov
Výživy
Snímače a přijímače
Hydraingová zařízení (sonary)
Povrchové akustické vlny (povrchově aktivní látka - pila)
Zvuková izolace
Vibroacust.
Nízkofrekvenční a velmi nízkofrekvenční reproduktory a subwoofery
Ultrazvuk
Ultrazvukové průtokoměry
Podvodní akustika (Hydraenceence)

Přečtěte si více

Přečtěte si méně.

Víceciphysical Connections.

K dispozici přímo v modulu Acustic:

Interakce akustických vln a oscilací v pevných strukturách (ASI)
Asi v piezoelektrických materiálech
Interakce akustických a pórovských vln
Interakce pórek elastických vln a oscilací v pevných stavových strukturách
Vazba akustických oblastí popsaných na základě MCE a IE (FEM a BEM)
Vazba akustických oblastí popsaných na základě skalárního a termosátového akustiky
Interakce akustických vln, s přihlédnutím k tepelným a viskózním ztrátám a oscilací v pevných strukturách (Thermoviscouus ASI)
Interakce akustických vln, s přihlédnutím k pozadí toků (Aeroacence) a oscilace v pevných strukturách (Aero ASI)

K dispozici v přítomnosti dalších rozšířených modulů:

Interakce akustických vln a oscilací v skořepinách v pevném stavu
Interakce akustických vln, s přihlédnutím k tepelným a viskózním ztrátám a oscilací a oscilací v sušlech
Šíření zvuku v potrubí
Nastavení elektrických vlastností měničů založených na zaměřených modelech
Úkolem elektrodynamických vlastností magnetů, cívek a měkkých ocelí v akustických měničech
Účetnictví pro průměrný průtok pozadí v aeroacoucustics
Interakce porokonických vln a oscilací v skořepinách v pevném stavu

V prezentovaném modelu jsou zkoumány jejich vlastní režimy místnosti. Na vnějších hranicích byly poskytnuty komplexní podmínky impedance, které simulovat vlastnosti absorbující zvuk používané v konstrukci místnosti materiálů.

Distribuce hladin akustického tlaku v kabině automobilů vytvořené malým reproduktorem na přístrojové desce. Model se shromažďuje ve skalárním rozhraní a obsahuje příklady komplexní impedance popisu pro podšívky, koberce, plastové povrchy a sedadla.

Projektování hydroakustického sonaru z typu konvertoru typu TONPILZ. Model používá vícefyzikální dluhopisy, aby se zohlednily interakci elastických oscilací v piezoelektrickém materiálu emitorů a akustických vln ve vodě, zatímco skalární akustika se vypočítá na základě způsobu hraničních prvků. Model usnadňuje výpočet a vizualizaci mechanického X-ki a směrového grafu navrženého sonaru.

Model pro výpočet vibrací v klasickém pětistupňovém synchronizovaném přenosu a hluku generovaném v okolním prostoru. Stacionární studium multifunkční dynamiky vám umožní vypočítat vibrace převodovky při dané otáčky motoru a v daném vnějším zatížení. Akustická analýza umožňuje získat obrázek distribuce hladiny akustického tlaku v sousední i vzdálené zóně.

Chcete-li simulovat klasické jevy akustiky, jako je rozptyl, difrakce, záření a rozpětí zvukových vln, řada rozhraní ze skupiny "Scalar Acoustics" je k dispozici v balení. Pro úkoly ve frekvenční doméně se používá Helmholtzová rovnice pro studium v \u200b\u200bčasové doméně - klasická skalární vlna rovnice.

Pro popis účinků na hranicích je široká škála okrajových podmínek navržen a připraven k použití. Například můžete přidat hraniční stav popisující odraz na stěnu nebo impedanční stav pro porézní vrstvu. Na vnitřních a vnějších hranicích můžete například přidat zdroje záření, například nastavit akustické zrychlení, rychlost, posunutí nebo tlak. Kromě toho můžete použít podmínky záření (typ Zommerfeld) nebo periodické okrajové podmínky typu hejna pro úlohu otevřených nebo periodických hranic.

Fyzická rozhraní skupiny "Scalar Acoustics" vám umožní simulovat šíření zvuku ve složitých médiích, například v porézních materiálech. Pro výpočet ztrát v porézních a vláknitých materiálech může být použit jeden z několika průměrovaných modelů, například model Delaware - Baseli nebo Johnson Model - Shampoo - Allar. Účetnictví pro tepelné a viskózní ztráty v úzkých oblastech na hranici s tuhými stěnami v úzkých vlnovodech konstantního průřezu může být realizována za použití ekvivalentního modelu akustiky v úzkých oblastech (akustika úzkoregionu).

Můžete také vypočítat a vizualizovat externí pole v modelech s otevřenými hranicemi jak ve sousedství, tak ve vzdálené zóně. Polární grafika a orientační diagramy pomohou vizualizovat prostorovou citlivost a prostorové reakce.

Skupinová rozhraní Scalar Acoustics:

Tlaková akustika, frekvenční doména (Skalární akustika, frekvenční doména)
Navrženo tak, aby řešily problémy popsané Helmholtzovou rovnicí s přihlédnutím k různým inženýrským formulacím okrajových podmínek a materiálových modelů tekutin
Dostupná analýza na vlastní frekvence pro výpočet akustických režimů systémových a výkyvových forem
Určeno pro výzkum dynamiky distribuce akustických signálů libovolné formy ve vesmíru
Akustika hraničního režimu. (Akustika hraničního modulu)
Očekávaný propagační a vybledlé modely ve vlnovodech a kanálech
Tlaková akustika, ohraničující prvek (skalární akustika, hraniční prvky)
Efektivní řešení radiačních a rozptylových problémů založených na metodě hraničního prvku
V kombinaci s rozhraními na bázi způsobu konečných prvků popisujících například vibrace v pevných látkách a konstrukcích, vč. piezoelektrické materiály
Tlaková akustika, explicitní čas (Skalární akustika, explicitní řešitel pro časovou doménu
Využívá metodou bariéry Galerkin pro výpočet nonstationární šíření zvuku v místnostech a pro efektivní simulaci (z hlediska využití výpočetní prostředky) velkých úkolů rozptylu.

Oblasti použití:

Tlumiče a zvuková absorbující zařízení
Reproduktory
Záření hluku ze zařízení
Akustika automobilů
Formy vody oscilace a stavební konstrukce
Tlumiče hluku a difuzory
Rozptýlení úkolů

Výpočet akustických vlastností tlumiče tlumiče s porézním materiálem absorbujícím zvukem podél stěn. V harmonické analýze jsou zohledněny ztráty v systému. Obraz ukazuje proud energie (intenzity) a vizualizovaný isosurace pro amplitudu tlaku uvnitř nádobí.

Reproduktor s fázovým měničem umístěným na nekonečné akustické tuhé rovině. Tento úkol Záření je modelováno pomocí hybridního fem-bem přístupu: reproduktor je znovu vytvořen pomocí skořápky popsaných na základě způsobu konečných prvků, akustika vnitřních oblastí je také modelována metodou konečných prvků a vnějším prostorem a zářením - Metoda hraničních prvků. Zobrazí se distribuce hladiny akustického tlaku při frekvenci 3000 Hz.

Pomocí akustiky modulu můžete simulovat interakci akustiky a mechaniky struktur v určitém zařízení nebo struktuře. Připravené rozhraní umožňují prozkoumat Vibroacoustic účinky a automaticky vázat oblasti tekutin nebo plynu (tekutiny) a designu pevného stavu. Rozhraní Pevná mechanika. (Pevná mechanika) používá plné formulace k popisu dynamiky pevných těles, aby simulovalo šíření příčných a podélných vln v pevných látkách, stejně jako elastické vibrace. Oddělené rozhraní Poroelastické vlny. (Vlny Poroovless) simuluje související šíření elastických a podélných vln v porézních materiálech na bázi BIO rovnic.

Multifyzikální vztahy lze snadno kombinovat v jediném modelu porézních plochách, plochách pevných látek, piezoelektrických materiálů a ploch naplněných tekutinami pro výpočet a konstrukci reálných zařízení. Harmonické a rezonanční vlastnosti struktur s pevným stavem mohou být vypočteny s přihlédnutím k integru a bilaterální komunikaci s akustikou v tekutině.

Oblasti použití:

Vliv mechanických vibrací na dílo tlumiče
Komponenty reproduktorů
- Případy pro reproduktory
- Dynamika a další zářiče
Mechanické zařízení
Vibroacust.
Sluchátka
Zvuková izolace a zvuková expozice ve stavebních materiálech

Piezoelektrické převodníky
- Ultrazvukové převodníky
- Lineární sistenery emittery
- Hydroakustické snímače (sonary)
- Pole Sonarov.
Podrobné modelování porézních materiálů a pórovorových vln (bio teorie)
Zpětná vazba Úkoly

Harmonická analýza práce reproduktoru ve fázovém měniči vám umožňuje určit axiální a prostorovou citlivost. V tomto modelu v rámci jediného výpočtu je výpočet mechanického pláště a skalární akustiky kombinován s předkonfigurovanou multifyzickou komunikací.

Studium frekvenční odezvy konvertoru typu TonPilz, můžete nainstalovat a definovat všechny klíčové akustické a mechanické x-ki tohoto zařízení: napětí a napětí v zařízení emitovaného akustického signálu, hladiny akustického tlaku, fokusu diagram v daleké zóně, přenos napětí koeficient a směr zvukového paprsku.

Použití principů geometrické akustiky implementované v softwarovém balení COMSOL ® lze prozkoumat vysokofrekvenční systémy, ve kterých je zvuková vlnová délka podstatně nižší než jejich charakteristické geometrické velikosti. Tato funkce je užitečná pro akustickou analýzu automobilových salonů, prostor a budov, jako jsou koncertní sály, stejně jako simulovat šíření zvuku pod vodou a v atmosféře.

Oblasti použití:

Akustika prostor
Akustika koncertních sálů
Podvodní hydroakousty
Akustika automobilů
Šíření zvuku v otevřených prostorech
Atmosférická akustika

Model výpočtu akustiky malého koncertního sálu pomocí rozhraní Rayová akustika. (Geometrická akustika). Na hranicích haly jsou vlastnosti absorpce specifikovány jako funkce z frekvence a vlastnosti rozptylu. Na základě specializované možnosti post-zpracování byla získána pulzní odezva.

Rozhraní Akustická difúzní rovnice Umožňuje najít instalovanou distribuci hladiny zvuku (nebo hustoty akustické energie) pro tento zdroj zvuku umístěného ve dvoupatrově budově. Řešitel na EigenValues \u200b\u200bumožňuje spočítat časy reverb v každé místnosti budovy. Energy Downtom křivky lze nalézt pomocí nestacionární studie.

Můžete efektivně řešit úkoly výpočetní techniky (CAA) pomocí dvoustupňového přístupu implementovaného v modulu akustiky. V první fázi se zprůměrný průtok pozadí vypočítá pomocí nástrojů modulu, počítačová hydrodynamika nebo profil proudu je nastaven ručně; Ve druhé fázi je vyřešen úkol propagace zvuku. Tento přístup se také nazývá konvekční akustika nebo simulace hluku v proudu.

Existují následující stabilizované konečné elementární formulace:

Linearizované Navier-Stokes (linearizovaný Navier - Stokesovy rovnice)
Linearizovaný euler (linearizované eulerové rovnice)
Linearizovaný potenciální tok (linearizovaný potenciální tok)

Tyto formulace přirozeně bere v úvahu šíření zvuku v proudu, konvekci, útlumu, odrazu a difrakci akustických vln v proudu. Je také možné provádět analýzu FSI interakce tekutiny a konstrukce ve frekvenční doméně s použitím předem nakonfigurovaných propojení s rozhraním pro výpočet elastických konstrukcí pevných látek.

Oblasti použití:

Hluk proudových motorů
Tlumiče, vč. S pozadí Stream.
Průtokoměry
Coriolis průtokoměry
Analýza anti-vibračních obrazovek, zvukově-absorbujících a perforovaných konstrukcí v přítomnosti proudu
Nestabilita pálení

Akustická analýza helmholtz rezonátoru a účinek průměrného průtoku v modelu pomocí rozhraní Linearizované námořní stoky, frekvenční doména (Linearizovaný Navier - Stokesovy rovnice, frekvenční doména). V modelu při výpočtu akustických vlastností rezonátoru se berou v úvahu konvekční účinky v proudu a útlumu způsobené turbulencí.

Akustické pole osymetrické sací komory v motoru turbóny letadla vytvořená zdrojem hluku na hranici je modelováno. Výsledky simulace byly získány pro zahrnutí stlačitelného beztlakového pozadí toku a bez něj, a tak, když zohlední tuhé stěny a stěny s povlakem absorbujícím zvukem.

Aby bylo možné přesně analyzovat šíření zvuku v malých geometriích, je nutné vzít v úvahu ztráty spojené s viskozitou a tepelnou vodivostí, zejména ztrátami v viskózních a tepelných akustických hraničních vrstev. Tyto účinky se automaticky zaznamenávají v rovnicích, které jsou řešeny rozhraními skupiny "Thermazovy akustické akustické akustiky".

Tato rozhraní jsou vhodná pro výpočet vibračních modelů v miniaturních elektroakustických měničech: mikrofony, mobilní zařízení, sluchadla a mikroelektromechanická zařízení. Pro detailní modelování měničů můžete používat vestavěná multi-fyzikální připojení mezi pevnými stavovými strukturami a tekutými oblastmi popsanými z hlediska akustiky termočlánku.

Rozhraní také bere v úvahu další účinky spojené například s přechodem z adiabatického k izotermickému režimu nízké frekvence. Samostatné rozhraní umožňuje vypočítat a detekovat režimy šíření a mizení pro úzké vlnovody a kanály.

Oblasti použití:

Mobilní zařízení
Miniaturní měniče
Mikroelektromechanické systémy
Naslouchátka
Mikrofony
Děrované materiály a desky

Přenosová charakteristika přijímače s vyváženou kotvou (přijímači vyvážené armatury) Knowles ED23146 se standardizovanými měřeními. Výsledky simulace tohoto miniaturního reproduktoru jsou mnohem lepší v souladu s empirickými údaji z knowles při zohlednění akustických ztrát v systému.

Skupinové rozhraní Ultrazvuk (Ultrazvuk) Umožní vám vypočítat nestacionární šíření zvukových vln na velký ve srovnání s délkou vlnové délky. Akustické vlny s frekvencí, ne slyšitelné lidské ucho, se nazývají ultrazvuk. Délka ultrazvukových vln je relativně malá.

Rozhraní Založené vlny rovnice, čas explicitní (Rovnice konvekční vlny, explicitní řešitel) umožňuje numerické studie velkých lineárních akustických problémů v dočasné oblasti, s přihlédnutím k širokému spektru oscilací a stacionárního pozadí proudu. Rozhraní jsou ideální pro nestacionární modely s libovolnými zdroji a poli v závislosti na čase.

Schéma formulování a výpočtu rozhraní je založeno na metodě GAP galerie a používá explicitní řešitel (časově explicitní řešitel), což vyžaduje malé množství paměti.

Oblasti použití:

Ultrazvukové průtokoměry
Ultrazvukové časové senzory
Nonstationary Propagace zvukových signálů v přítomnosti toku tekutin

Hlavní funkce a funkce dostupné v modulu akustiky.

Klíčová funkce a výhody akustiky modulu jsou systematizovány a popsány níže.

Intuitivní proces modelování

Používáte pouze modul akustiky nebo kombinace různých produktů rodiny Comsol, simulační proces v softwarovém balíčku COMSOL ® je vždy univerzální, logický a jednoduchý. Typický proces modelování se skládá z několika kroků:

Výstavba geometrie
Výběr materiálů
Výběr vhodného fyzického rozhraní
Úkol hraničních a počátečních podmínek
Vytvoření mřížky konečného prvku, vč. Automatický
Výpočet fyzického modelu
Výsledky vizualizace

Integrace s jinými softwarovými platformami

Pokud chcete použít data tabulky v modelu nebo zahrnout komplexní geometrii z CAD systému třetí strany do modelu, pak máte vhodný integrační modul. S pomocí produktů Livelink ™ můžete integrovat softwarový balíček COMSOL MULTIPHHYSICS ® s mnoha nástroji třetích stran, jako je softwarový balíček MATLAB ®, tabulky Microsoft® Excel ®, balíček Inventor ® a mnoho dalších.

Numerické použité a dostupné typy výzkumu

Softwarový balíček COMSOL ® využívá flexibilní a účinnější řešitele a metody výpočtů. Frekvence Charakteristika akustických úkolů jsou pokryty za desetiletí. Výpočetní složitost výpočtů může velmi záviset na znění akustického úkolu. Tak, žádná specifická metoda nebo numerická metoda přiblíží absolutně veškeré úkoly z této oblasti.

Modul akustiky obsahuje čtyři různé numerické metody: metoda konečných prvků (FEM), metoda hraničního prvku (BEM), metoda trasování paprsků (paprsek trasování) a odpojovací metoda konečných prvků galerie (DG-FEM). Různé typy studií doplňují sadu numerických metod a umožňují provádět všechny potřebné typy analýz. Zejména frekvenční doména, výzkum vlastních frekvencí a režimů (eigenfrequive a eigenmodes), jakož i nestacionární studie v časové oblasti (časová doména) je zahrnuta do modulu. Specializované iterativní metody umožňují vyřešit vícefyzikální modely s miliony stupňů svobody, kombinující různé přístupy v rámci jednoho úkolu.

Modul akustiky zahrnuje formulaci na základě následujících metod:

Metoda konečných prvků (MKE - FEM)
Nejčastější a univerzální metodou, ve kterém je odběr vzorků k dispozici na základě prvků vysoce objednávek.
Formulace pro výpočty ve frekvenční doméně a časové doméně (založené na implicitních řešitelích)
Metoda hraničních prvků (MGE - BEM)
Integrální formulace počátečních rovnic vyžaduje úlohu sítě pouze na povrchu a hranice
K dispozici je oboustranná banda výpočtů na bázi MCE (FEM) pro akustické oblasti a struktury (pevné těleso, mušle a membrány).
Základní metoda galerie konečných prvků (DG-FEM)
Galerie Gallerkinová metoda založená na explicitních solvers
Neututní paměťová metoda pro nestacionární výpočet velkých modelů s miliony stupňů svobody
Ray trasování
Navrženo tak, aby řešilo akustické úkoly při vysokých frekvencích, například problém propagace zvuku pod vodou nebo v interiéru

V modulu akustiky jsou k dispozici následující typy výzkumu:

Studie ve frekvenční doméně
Vypočítá akustickou odezvu a akustické vlastnosti ve specifikovaném frekvenčním rozsahu
Nestacionární studie v dočasné oblasti
Časování osad
Distribuce / vzestup / rozdělení konečných akustických pulzů ve vesmíru
Analýza širokopásmových akustických signálů
Simulace nelineárních jevů
Výzkum vlastních frekvencí
Výpočet režimů a rezonančních frekvencí uzavřených prostor a konstrukcí
Výpočet kvalitního a ztrátového faktoru
Modální analýza
Výpočet a detekce rozšiřujících a montážních režimů ve vlnovodech a kanálech

Akustické ztráty

V modelu můžete snadno zvážit akustické ztráty. To vám umožní simulovat, například porézní a vláknité materiály pomocí teorie bio pomocí rozhraní Poroelastické vlny. (Waves pórovole). Kromě toho mohou být porézní oblasti v rozhraní pro skalární akustiku simulovány pomocí ekvivalentních modelů materiálů Poroacoustics. (Poroacousti). Mezi posledním modelem Delany-Bazley, Miki (Miki) a Johnson - Šampon - Allar (Johnson-Champoux-Allar). Také v modelu můžete vzít v úvahu útlum za použití klasických analytických vzorců nebo vlastních výrazů, vč. Na základě empirických dat.

Podrobné modely, které berou v úvahu tepelné a viskózní ztráty, mohou být vytvořeny pomocí rozhraní. Akustika termoviscus. (Akustika termálníka). Znění použité v rozhraní umožňuje vzít v úvahu všechny jevy spojené s akustickými viskózními a tepelnými hraničními vrstvami a koncentrované do nich. Současně jsou k dispozici vestavěné vícefyzikální vazby s vibračními konstrukcemi. V modelech vlnovodů a dalších struktur s konstantním průřezem můžete použít zjednodušený přístup založený na průměrování ztrát ztrát v hraniční vrstvě, implementovaný v modelu materiálu Úzká oblast akustika. (Akustika v úzkých oblastech) pro skalární akustiku.

Postoj akustických signálů rozmnožování v toku tekutiny s vysokorychlostním gradienty, teplotou nebo silným turbulencí, mohou být podrobně modelovány ve skupinových rozhraních Linearizované námořní stoky (Linearizovaný námořník - stokesové rovnice). Proud na pozadí lze vypočítat pomocí výpočtového hydrodynamického modulu (CFD).

Elektroakustika

Při simulaci různých měničů můžete kombinovat funkčnost modulu akustiky a modulu AC / DC nebo MEMS modulu pro vytvoření multifyzikálních modelů konečných elementů s oboustranným všechny sourozenci mezi akustickými a elektrodynamickými účinky. Takže můžete modelovat magnety a zvukové cívky reproduktorů nebo elektrostatických sil v kapacitních mikrofonech. V simulaci komplexních elektromechanických měničů je možné použít zjednodušení na bázi ekvivalentních koncentrovaných obvodů na bázi obvodů nebo mechanických prvků. Oba přístupy jsou založeny na plný bilaterální vztah.

Příklady některých aplikovaných úkolů:

Multifyzikální modely reproduktoru, s přihlédnutím k Mehnic a Electrodynamic Effects
Dynamika
Kombinace distribuovaných modelů emitorů a ekvivalentních koncentrovaných modelů typu tila-malých
Optimalizace magnetických komponent pomocí modulu AC / DC
Mikrofony
MEMS Převodníky

Radiační úkoly a otevřené oblasti

V akustice se často vyskytují úkoly, ve kterých by měly být akustické vlny distribuovány ve volném prostoru (otevřené) prostoru, aniž by se odrážely na vnějších hranicích z oblasti vypořádání. To je například vyžaduje modelování prostorové citlivosti měničů nebo výpočtů rozptylu v aplikacích SONAR. Resekční hranice v modelu lze nastavit pomocí několika různé metody a recepce dostupné v našem balení. Pro jednoduché úkoly je možné omezit podmínky hranic impedance nebo radiační podmínky na hranici (typ Zommerfeld). Pro komplexní případy záření nebo komplexních multifyzikálních úkolů může být výhodné použít pomocné další vrstvy se speciálními nastavením.

Pro druhý je v modulu akustiky k dispozici několik formulací:

V ideálním případě konzistentním vrstvám (PML - dokonale přizpůsobené vrstvy), tato technika je implementována pro všechny modely a dostupné v balíčku rozhraní ve frekvenční doméně
V ideálním případě konzistentním vrstvám (PML - dokonale odpovídající vrstvy) pro dočasnou oblast dostupnou v rozhraní Tlaková akustika, přechodná (Skalární akustika, dočasná oblast)
Takzvané absorpční vrstvy (absorbující vrstvy) dostupné v rozhraní na základě diskontinuální metody galerkinkinkinových prvků (DG_FEM) a v rozhraní * linearizovaný euler, přechodné * (linearizované eulerové rovnice, dočasná oblast)

Použití multifyzických schopností a hybridního přístupu FEM-BEM (kombinace způsobu konečných a ohraničených prvků), je možné účinně řešit problémy s otevřenými plochami metodou hraničních prvků pomocí rozhraní Tlaková akustika, hraniční prvek (Skalární akustika, metoda hraničního prvku).

Modelování založené na uživatelských rovnicích: Změnit zdrojové rovnice nebo Zeptejte se uživatelských multifyzikálních připojení

Pro úplné ovládání modelování můžete použít modelování založené na uživatelských rovnicích (modelování založené na rovnici) pro úpravu počátečních rovnic a okrajových podmínek přímo uvnitř softwaru, přizpůsobení modelů pro váš výzkum. Například je možné simulovat fyzikální jevy, které nejsou upředněny předem v modulu akustiky jako hotová rozhraní, nebo vytvářejí nová multifyzická připojení. Můžete změnit materiálové modely s ohledem na nelineární účinky přidáním nebo změnou materiálových rovnic. Můžete také vázat fyzikální jevy s nestandardními metodami. Můžete například vázat akustiku a výpočetní hydrodynamiku, abyste simulovali akustické toky nebo nelineární účinky tvorby vírů pod působením zvukových vln.

Kromě toho jsou nástroje implementované v balíčku pro modelování založené na uživatelských rovnicích vyloučeny z potřeby programu a vytvářet si vlastní vypočtené kódy od nuly, poskytující podstatně flexibilnější schopnosti a snížení času stráveného na vytváření modelů a provádění výzkumu.

Aplikace pro modelování: Zjednodušení pracovního postupu a interakce s kolegy a zákazníky

Přemýšlejte o tom, kolik času a síly můžete investovat do nových projektů, kdybyste ještě neměli provozovat stejné modely a provádět stejné výpočty jiných kolegů, méně známých s numerickou simulací a zejména balíčkem. Použití prostředí pro vývoj aplikací zabudovaných do softwarového balíčku Comsol Multiphysics ® můžete vytvářet simulační aplikace založené na modelech Comsol, které zjednodušují proces modelování, omezují změnu vstupních dat a ovládání výstupu, výstup pouze výsledky pro koncový uživatel. S nimi budou vaši kolegové schopni provádět typické výpočty samostatně.

Rozhraní aplikace simulace (simulační aplikace) usnadňuje změnu zdrojových parametrů nebo vypočtených dat, například akustickou impedanci a monitorovat vliv změn bez provedení procesu montáže a nastavení celého modelu. Pomocí aplikací můžete urychlit proces provádění vlastního výzkumu. Kromě toho můžete poskytnout přístup k aplikacím svým kolegům, aby nezávisle plní své výpočty, osvobození času a síly pro další úkoly.

Pracovní postup vytváření a použití aplikačních aplikací je velmi jednoduchý:

Vytvořit jednoduché uživatelské grafické rozhraní pro váš komplexní model reproduktoru (aplikace)
Konfigurace aplikace pro vaše potřeby, výběr požadovaných vstupních a výstupních dat, která mají být dostupná pro uživatele.
Pomocí produktu Comsol Server ™ pro vzdálené uložení a systematizaci aplikací a poskytnout přístup ke svým kolegům a / nebo zákazníkům.
Vaši kolegové a / nebo zákazníci budou schopni držet modelové výpočty a projekty uvedené v aplikaci bez vaší pomoci.

Použití aplikační funkce pro modelování, můžete poskytnout přístup k numerickým výpočtům a navrhovat kolegy v rámci katedry a zda laboratoř, celou organizaci celé organizace, studentů a absolventů studentů, zákazníků a zákazníků.

Aplikace pro výpočet akustických odrazů vytvořených v prostředí Comsol MultiPhysics Balíček aplikací pro vývoj aplikací pomocí modulu akustiky.

Numerické modelování dopadů zvuku v softwarovém balíčku ANSYS CFX

K.t.n., přední výzkumný pracovník Tsagi. prof. NE. Zhukovsky.

Ph.D., vedoucí divize TSAGI. prof. NE. Zhukovsky.

Článek zkoumá způsob výpočtu zvoleného dopadu na oblast vyvolanou nadzvukovou cestujícím letadlem. Porovnání výsledků získaných pomocí softwarového balíčku ANSYS CFX s experimentálními daty. Pro provozní využití průmyslového ANSYS CFX Code, byl vytvořen makro, organicky zahrnuty do programového rozhraní, což umožnilo výrazně zjednodušit postup pro výpočet zvukového dopadu.

Jedním z hlavních úkolů, které musíte řešit designéry super-zvukové cestujících letadel, minimalizuje intenzitu vlny zvukového dopadu, nevyhnutelně doprovází nadzvukový let. Základem pro konstrukci nadzvukových letadel s nízkou intenzitou zvukového dopadu je přímý výpočet zvukové vlny zvukové vlny na zemi s daným letovým režimem (výška, rychlost) a geometrickými parametry letadla.

Způsob výpočtu zvukového nárazu zahrnuje řešení dvou úkolů: úkoly určování blízkého pole v blízkosti uspořádání letadla a úkol šíření zvukové vlny v atmosféře na povrchu země. Pro vyřešení problému zefektivnění, zvážení možnosti využití nejpřesnějších rovnic, které odstraní jakákoli omezení tvaru zjednodušeného tělesa, režimy průtoku (odtržení nebo podzvukové zóny) a umožňují simulovat provoz skutečného motoru . Hlavním účelem této práce je rozvíjet metodiku pro výpočet zvoleného dopadu na základě řešení Avarius - Stokes zprůměrované Reynolds. Jako systém, který implementuje řešení Naviera - Stoke acveracted Reynolds, ANSYS CFX (licenční smlouva TSAGI č. 501024), která byla přizpůsobena výpočtu zvukového dopadu a byl testován na testovacích příkladech.

Moderní softwarové komplexy založené na principech paralelních výpočtů Navier - Stokesovy rovnice mají komplexní modulární strukturu a kromě hlavního rozhodného modulu zahrnují řadu softwarových nástrojů, které umožňují efektivně provádět výpočetní experimenty na streamování těla komplexu Konfigurace plynu nebo kapalného tělesa. Základní principy moderních softwarových komplexů výpočetní hydrodynamiky, jako je ANSYS CFX a ANSYS plynulý, jsou znázorněny na OBR. jeden.

letadlo

Při výpočtu zvukového dopadu, tj. Při určování poruch na povrchu Země, vytvořené létajícím zařízením létáním s nadzvukovou rychlostí, může být trojrozměrný průtokově rozdělen do dvou zón:

zóna 1 s charakteristickou velikostí r. pořadí délky těla L (r ~ l);
zóna 2 s charakteristickou velikostí objednávky R. Flight Heights. H (r ~ h).

Obvykle N \u003e\u003e l. (Například, pokud je výška 15 000 m, a délka letadla je 50 m, pak N / l.=300).

V popsané formulaci musí být vyřešeny dvě úkoly: Jeden z nich tvoří počáteční data v trojrozměrném toku a druhá vypočítá šíření poruchy z těla k povrchu země.

V první fázi je nutné vypočítat zefektivnění uspořádání letadel a najít parametry průtoku kolem ní (obr. 2). Povrch S1. je hranice rozhořčeného a urursturského potoka (mach kužel), roviny S2., paralelní rychlost dopadajícího toku, je pod tělem, ale netýká se to. Letadlo S3. a S4. Určeno inverzní obálky přepážkových kuželů z segmentu B..

Zejména pro softwarový balíček ANSYS CFX byl vyvinut makro (obr. 3), který na základě techniky umožňuje vypočítat zvukový dopad prostoru podle výpočtu blízkého pole. Makro bylo integrováno do postprocesoru CFX-PostProcessor.

V ansys cfx.

Po úkolu streamování uspořádání letadla je vyřešen, pro výpočet intenzity zvuku dopadu, především je nutné v postprocesoru CFX vytvořit rovinu rovnoběžně s příchozím průtokem, který bude umístěn pod letadlem V bezprostřední blízkosti, ale nedotýká se ho (obr. 4). Tato rovina na Obr. 2 odpovídá rovině S2.. aplikace tato metoda Definice zvukového dopadu na zem vyžaduje přesný výpočet distribuce tlaku v rovině S2.. To umístí vysoké nároky na kvalitu výpočetní sítě. S jeho přípravou je nutné použít místní broušení v oblasti mezi letadlem (LA) a rovinou S2..

Chcete-li pracovat makro, musíte nastavit následující parametry:

Vstupní oblast - hraniční plocha, kterými je tok obsažen v odhadované oblasti;
Zhilin Letadlo - letadlo S2.;
Symmetry - parametr definující použití úplného modelu (plné) nebo jeho symetrické poloviny (polovina);
Letová nadmořská výška - la letová výška;
Délka těla - charakteristická délka LA;
X Kroky číslo - počet kroků podél podélné osy;
Nadmořská výška Kroky Číslo - počet kroků na výšku.

Poslední dva parametry určují stupeň vzorkovacího prostoru. Výchozí hodnoty (500 a 2000) vám umožní získat řešení s poměrně vysokým stupněm přesnosti. Zvýšení počtu kroků podél podélné osy vyžaduje vysoké míry RAM a může vést k poruchám v programu.

Obr. 5. Letadlo TU-144: A - pohled zezadu; Blini Toka.
Na povrchu vypočteného modelu a tvar trysek trysky

Aspirant MFTI Cho Kyu Chul, byl proveden soubor testovacích výpočtů pro letadlo TY-144 (obr. 5) ale). Výpočty byly provedeny pomocí softwarového balíčku CFX a vyvinutého makra. Při modelování elektrárny TU-144 je také nutné zvážit vliv motorů trysek na letadle poruchové oblasti S2. a zvukový dopad. Na Obr. 6. ale Zobrazí se forma a poloha elektrárny použité v této práci. Směr a úhel roztoku trysky jsou znázorněny na OBR. 6. b.. Směr Jet θcd. se liší s úhlem útoku a úhel trysky ( θc)předpokládá se, že je rovna optimální hodnotě — 10 .

A - Schéma vypršení trysky; b - tryska

Obr. 7. Vliv proudu motoru na letadlovém dopadu letadla nadměrného tlaku nadměrného tlaku v n-ve tvaru písmene N, B - druhý vrchol v experimentu

Výsledky výpočtů ve srovnání s experimentálními údaji jsou znázorněny na Obr. 7. Účetnictví trysek motoru vytváří druhý pík v nadměrném tlaku (obr. 7) ale). V experimentu má nadměrný tlak audio vlny letadla TU-144 druhý vrchol, intenzivnější (obr. 7) b.) To může být výsledkem účinku trysek trysek pracujících v úhlech toku toku trysky, které nebyly během experimentu zaznamenány. Obr. Pět b. Ilustruje povahu průtoku kolem letadel Tu-144 s provozními motory s vypočtenými parametry vypršení platnosti proudu.

Vytvořené makro aplikované na jakoukoli verzi ANSYS CFX a je organicky obsažena v algoritmu tohoto průmyslového kódu, který byl považován za nástroj pro určení blízkého pole s použitím Navier - Stokesovy rovnice, umožnil rozvíjet účinný postup pro výpočet Zvukový dopad na zem.

Literatura

Zhilin Yu.l., Kovalenko v.v. Na závaznosti blízkých a dalekých polí v problematice zvuku dopadu // Vědci TSAGI, SO XXIX. 1998. Č. 3 a 4. C. 111-122.
Mentor f.r., galpin p.f., Esch T.,
Kuntz M., Berner C. CFD simuluje aerodynamických toků s metodou na bázi tlaku // papír ICAS 2004-2.4.1. Japonsko, Yokohama, 2004. 11 P.
Vediv v.v., Kovalenko v.v., Terecer L.L., Chernyshev S.L. Způsob stanovení intenzity dopadu zvuku na zem ve studiu uspořádání uspořádání nadzvukových cestujících // letu. 2013. 10. C. 17-27.
Evrov, yu.a., Rodnov A.v. Letové zkoušky nadzvukových cestujících pro první generaci pro zvukové rány // Mezinárodní vědecká a technická konference "Nové hranice letecké vědy" ASTEC'07, Moskva, srpen 19-2222, 2007