ANSYS结构声振耦合解决方案
ansys多物理场耦合技术和方法
ANSYS是一种广泛应用于工程领域的仿真软件，它提供了多物理场耦合分析的能力，用于模拟和解决多个物理现象相互作用的问题。
以下是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些常见应用：1. 结构-热耦合（Thermo-Structural Coupling）：这种耦合方法用于分析结构在热载荷下的变形和应力响应。
它可以考虑热传导、热辐射、温度梯度等对结构性能的影响，并通过结构和热传导方程之间的相互作用来解决这些问题。
2. 结构-电磁耦合（Electromagnetic-Structural Coupling）：这种耦合方法用于研究结构在电磁场作用下的响应。
它可以考虑电磁场的电流、磁场、电磁感应等对结构的影响，并通过结构和电磁场方程之间的相互作用来解决这些问题。
3. 流体-结构耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）：这种耦合方法用于模拟流体和结构之间的相互作用。
它可以考虑流体力学中的压力、速度、湍流、流体-固体界面等对结构的影响，以及结构对流体的阻力、振动等反馈作用。
4. 流体-热耦合（Fluid-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟流体和热传导之间的相互作用。
它可以考虑流体在流动过程中的热对流、辐射等对热传导的影响，以及热传导对流体温度分布的影响。
5. 电磁-热耦合（Electromagnetic-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟电磁场和热传导之间的相互作用。
它可以考虑电磁能量的吸收、热产生和热扩散等对系统温度分布的影响，以及温度对电磁特性的影响。
以上只是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些例子，实际中还有其他类型的耦合分析，如声-结构耦合、声-流体耦合等。
通过使用这些耦合技术和方法，工程师可以更准确地模拟和分析不同物理场之间的相互作用，从而更好地优化设计和解决实际问题。
ANSYS耦合场分析
ANSYS耦合场分析指南第三章2007-11-20 作者：安世亚太来源：e-works发表时间：关键字：ANSYS耦合场分析CAE教程3.141 静态分析对于静态分析，施加在换能器上的电压将产生一个作用在结构上的力。
例如如图 3 —3给机电换能器单元（TRANS126 ）施加电压（V l>V2 ）将产生静电力使扭梁旋转。
转换器单元本身就同时具有稳定和非稳定解，根据开始位置（初始间隙值），该单元可以收敛到任一个解。
静电换能器的静平衡可能是不稳定的。
增加电压电容板间的吸力增加间隙减少。
对间隙距离d,弹簧的恢复力正比于1/d静电力正比于1/d 2。
当电容间隙减少到一定值，静电吸引力大于弹簧恢复力电容板贴在一起。
相反地，当电压减小到一定值，静电吸引力小于弹簧恢复力电容板张开。
如图3 —4换能器单元有迟滞现象。
电压渐变到牵引值然后回复到释放值。
PositionPULL-IN 陽尸RELEASE__PULL-IN 忠赫療图3 —4机电迟滞如图及3 —5换能器单元本身有稳定及非稳定解。
该单元收敛到哪一个解依赖于起始位置（初始间隙大小）Force 8PULL-INVOLTAGEPOEASEFKJLLIM RELEASE图3 —5 TRANS126 单元静态稳定特性系统刚度由结构刚度和静电刚度组成，它可能是负的。
结构刚度是正的因为当弹簧拉长力增加。
但是平行板电容器的静电刚度是负的。
随间隙增加平行板间的吸力减少。
如果系统刚度是负的，在接近不稳定解时可能有收敛问题。
如果遇到收敛问题，用增强的刚度方法（KEYOPT（6）= 1）。
这个方法静电刚度设置为零保证正的系统刚度。
达到收敛之后，静电刚度自动重新建立可以进行后处理及后续的分析。
在静态分析中，必须完整定义横跨换能器的电压。
还可以施加节点位移和力，使用IC命令来施加初始位移可有助于问题收敛。
《ANSYSStructural Analysis Guide 》第二章对静力分析有详细描述。
基于有限元分析法的声振耦合问题研究
基于有限元分析法的声振耦合问题研究一、引言声振耦合是工程和科学领域中常见的一个问题。
在振动发生时，结构的振动会导致其所在的介质中的声波产生，这种现象就称为声振耦合。
声振耦合在机械、建筑、航空、汽车等领域中具有非常重要的应用和研究价值。
目前，常用的声振耦合分析方法包括实验法和数值计算法。
实验法通常采用声耦合实验室设备来测量实际结构的声学振动响应，并通过有限元分析法进行数值模拟。
而数值计算法中，有限元法是最常用的一种。
这种方法通过将结构分割成小单元，并对结构进行数值模拟，以预测结构在特定外部激励下的振动响应和声学振动响应。
本文旨在探讨基于有限元分析法的声振耦合问题，并重点关注其数值计算的基本原理、优点和局限性。
二、有限元分析法有限元分析法是一种基于数值计算的结构力学方法，被广泛应用于各种汽车、航空、建筑和机械等工程应用中。
该方法是基于数值离散化技术，将无限维度问题转化为有限的维度问题，利用已知的科学原理建立数学模型。
有限元分析法采用离散化的思想将结构分成小单元，通过计算每个小单元的特征值和特征向量，得到整个结构的振动特征。
小单元的振动特征可以以几何刚度、惯性、阻尼、刚度矩阵、质量矩阵等形式表示。
在声振耦合分析中，有限元分析法包括两个步骤。
首先，需要对待分析物进行结构动力分析和声学分析。
这种分析包括结构动力学和声学模型的建立，确定外部激励下结构和声学子系统的响应。
接着，将这些响应合并成一个总响应，然后对其进行分析。
三、声振耦合的数值模拟声振耦合的数值模拟过程通常分为以下几个步骤：1、建立有限元模型在数值模拟前，需要进行结构的建模和网格划分。
结构的建模包括对结构几何形状和材料参数的设定，网格划分可以根据结构的大小和形状进行。
2、结构动力学分析结构动力学分析是声振耦合分析中的重要步骤，其中的关键在于计算结构在外部激励下的振动响应。
这一步骤中，需要确定结构的固有频率和模态形式，并通过有限元法求出结构的振动响应。
ANSYS APDL中的求解Solution命令汇总(各工况的载荷定义与求解)
2.6。
Solution命令这类命令加载并求解模型。
命令按功能分组：表2.48：常规分析选项 (2)表2.49：非线性选项 (4)表2.50：动态选项 (5)表2.51：频谱选项 (6)表2.52：加载步骤选项 (8)表2.53：固体约束 (8)表2.54：实体模型力 (9)表2.55：固体表面载荷 (9)表2.56：固体载荷 (9)表2.57：惯性载荷 (10)表2.58：其他负载 (11)表2.59：加载步骤操作 (12)表2.60：主自由度 (12)表2.61：间隙条件 (12)表2.62：重新分区 (12)表2.63：2-D到3-D分析 (13)表2.64：生与死选项 (13)表2.65：有限元约束 (13)表2.66：有限元节点力 (14)表2.67：有限元表面载荷 (14)表2.68：有限元体载荷 (15)表2.69：海洋载荷 (15)表2.70：状态命令 (16)表2.71：光能传递 (16)表2.72：增材制造 (17)表2.48：常规分析选项这些SOLUTION命令可设置常规分析选项。
ABEXTRACT提取用于瑞利阻尼的alpha-beta阻尼乘数。
ACCOPTION指定GPU加速器功能选项。
ADAMS执行解决方案并将弹性体信息写入模态中间文件。
ANTYPE指定分析类型和重新启动状态。
ASCRES指定声散射分析的输出类型。
ASOL激活指定的声学解决方案。
BCSOPTION设置稀疏求解器的内存选项。
CECHECK检查约束方程和刚体的耦合运动。
CHECK检查当前数据库项目的完整性。
CINT定义与轮廓积分计算相关的参数。
CMATRIX执行静电场解决方案，并计算多个导体之间的自电容和互电容。
CMSOPT指定组件模式综合（CMS）分析选项。
CNCHECK提供和/或调整接触对的初始状态。
CNKMOD修改接触单元的关键选项。
CNTR将接触对信息输出到文本文件。
CUTCONTROL在非线性解决方案中控制时间步缩减。
用ANSYS实现车桥耦合空间振动分析
Ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｖｅｈｉｃｌｅ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｎｄ ｓｎａｋｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｋ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｅ
ＡｂｓｔｒａｃＣ
Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｓｏ ａｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅＳｐＯＮＳｅ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ ｂｒｉｄｇｅ·ｃｒｏｓｓｉｎｇ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｄｅｃｋ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｇｉｒｄｅｒ ｗｈｏｓｅ ｓｐａｎ ｉｓ ４０ ｍ．ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｌｅａｒｎｓ ｔｈａｔ ｗｈｉｃｈ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｕｎｔｉｎｇ ＷａＶｅ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ８．２ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ６３ ｋｍ／ｈ，ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ
基于ANSYS的凸轮机构振动模态分析_王志军
关键词： ＡＮＳＹＳ； 凸轮； 共振； 模态； 有限元 中图分类号： ＴＰ３１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００２－ ６６７３ （ ２００７） ０１－ １２７－ ０２
模态分析参数如表 １ 所示。
用四面体单元对平面凸轮进行网格划分， 划分的结
果如图 ２ 所示， 共有 ４７４５ 个四面体单元。给平面凸轮施
表 １ 有限元分析参数 Ｔａｂ．１ Ｐａｒａｍ ｅ ｔｅ ｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ＦＥＭ ｃｏｕｒｓ ｅ
起始搜 终止搜 模态 项目 弹性模量 泊松比 密度 单元类型
（ ３） 运动副间隙： 滚子在凸轮内外轮廓形成的槽内 运动时， 由于滚子和凸轮轮廓的加工误差， 以及在运动 过程中的磨损， 使得滚子在与内 （ 或外） 轮廓表面接触 时， 其与外 （ 或内） 轮廓表面之间形成一个间隙。由于 没有外界的预紧力使得滚子保持与当前轮廓面的接触， 从而使得滚子极易在轮廓槽中产生微小振动及噪音， 产 生“颤动”现象。在所设计的机构中， 该因素是产生噪 声和振动的主要原因之一；
２ 振动分析
前面对凸轮的模态进行了求解， 并介绍了根据其固
有频率和凸轮机构的工作频率对该机构的工作状况进行评 判的方法。但实际上凸轮机构的运动过程中所产生的振动 的原因是多种多样的， 下面列出了产生振动的最常见的原 因， 并针对设计的平面凸轮机构的实际情况作了分析。
（ １） 凸轮的周期性运动： 由于平面凸轮本身几何结 构的不对称性， 使得其质量分布不均匀。当在驱动力的 周期性作用下， 凸轮就会产生周期性的离心力， 该力会 反作用于其支撑架及传动系统上。运动周期处于某一特 定值附近时， 偏心影响最严重， 即所谓的共振。
基于ANSYS有限元分析的耦合装置结构优化设计
基于ANSYS有限元分析的耦合装置结构优化设计作者：高克来源：《西部论丛》2019年第34期摘要：通过分析耦合装置的工作原理，运用Pro/ENGINEER三维建模软件对耦合装置实体建模，采用ANSYS仿真技术对耦合装置进行静力学分析，为设计提供合理的数据支持。
通过优化之后，大大节约材料成本及加工成本，提高了耦合装置在使用时的可靠性，采用有限元分析技术不仅可以减轻工作量，缩短设计周期，而且能提高分析精度。
关键词：耦合装置;ANSYS;有限元分析一、前言隨着国家环保法的出台以及人们对环保的意识不断增强，潜污泵成了人们生活生产中不可或缺的排污机械设备[1]，而应用的范围也越来越广泛，带自动耦合装置安装方式的潜水泵可以让检修人员不用下水就能够对水泵进行检修和安装，然而自动耦合安装却是潜污泵最主要的安装方式，在实际设计和应用中，会有一些设计不合理的耦合装置的存在，从而导致装置漏水或者铸件断裂等问题的出现。
主要的原因就在于没有专业的人指导设计人员、经验不够丰富等等一系列的问题。
利用ANSYS有限元分析软件，在耦合装置设计阶段就可以对其受力进行分析计算，从而能够及时有效的避免缺陷，优化设计，减少人力物力的浪费，耦合装置作为潜水泵安装过程中的重要组成部分，有必要对其进行机械计算校核。
二、工作原理介绍如图1所示，传统的耦合装置包括耦合底座、导杆、耦合滑板、耦合法兰、耦合底座，使用前先将耦合底座固定在水池底部的基础上，采用地脚螺栓固定，将上固定板固定在池口，耦合底座和上固定板之间安装导杆，耦合底座出水口和水管连接，耦合滑板和潜水泵连接，然后将耦合滑板一端和导轨配合，水泵就可以上下移动，水泵放到底部时会和耦合底座配合，使水泵出水口和耦合底座出水口连通，这样在水泵通电启动后就可以将水抽出水池;当需要对水泵进行检修时，只需要提拉水泵上方的吊链就可以将水泵提出水池，检修人员无需下入水池内部。
本次分析的新设计耦合装置工作原理和传统耦合装置相同，只是将原来的刚性导杆换成柔性导链加刚性导杆的组合型导杆，具体结构如图2所示：三、有限元分析本计算利用Pro/ENGINEER软件进行三维实体模型的建立，然后将实体模型导入Ansys Workbench软件中进行有限元仿真。
ANSYS基本模块介绍
ANSYS简介开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案通用仿真电磁分析流体力学行业化分析模型建造设计分析多目标优化客户化结构分析解决方案结构非线性强大分析模块Mechanical显式瞬态动力分析工具LS-DYNA新一代动力学分析系统AI NASTRAN电磁场分析解决方案流体动力学分析行业化分析工具设计人员快捷分析工具仿真模型建造系统多目标快速优化工具CAE客户化及协同分析环境开发平台ANSYS StructureANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS 家族产品的整体优势，更专注于结构分析技术的深入开发。
除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。
ANSYS Structure产品功能非线性分析·几何非线性·材料非线性·接触非线性·单元非线性动力学分析·模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态·瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法·响应谱分析- 单点谱- 模态- 谐相应- 单点谱- 多点谱·谐响应分析·随机振动叠层复合材料·非线性叠层壳单元·高阶叠层实体单元·特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置·图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果·Tsai-Wu失效准则求解器·迭代求解器- 预条件共轭梯度(PCG)- 雅可比共轭梯度(JCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)自然模态·直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器·特征值- 分块Lanczos法- 子空间法- 凝聚法- QR阻尼法(阻尼特征值)并行求解器·分布式并行求解器-DDS-自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群不同的CPU（或节点）求解- 支持不限CPU数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高·代数多重网格求解器-AMG- 支持多达8个CPU的共享式并行机- CPU每增加一倍，求解速度提高80％- 对病态矩阵的处理性能优越, ,屈曲分析·线性屈曲分析·非线性屈曲分析·热循环对称屈曲分析断裂力学分析·应力强度因子计算·J积分计算·裂纹尖端能量释放率计算大题化小·P单元技术·子结构分析技术·子模型分析技术设计优化·优化算法- 子空间迭代法- 一阶法·多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析·拓扑优化二次开发特征·ANSYS参数化设计语言(APDL) ·用户可编程特性（UPF）·用户界面设计语言(UIDL)·专用界面开发工具（TCL/TK）·外部命令概率设计系统(PDS)·十种概率输入参数·参数的相关性·两种概率计算方法- 蒙特卡罗法*直接抽样* Latin Hypercube抽样- 响应面法*中心合成*Box-Behnken设计·支持分布式并行计算·可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度*Statistics* LHistogram* Sample Diagram- 输出参数的失效概率* Cumulative Function* Probabilities- 离散性灵敏度*Sensitivities* Scatter Diagram* Response Surface前后处理(AWE)·双向参数互动的CAD接口·智能网格生成器·各种结果的数据处理·各种结果的图形及动画显示·全自动生成计算报告支持的硬软件平台·Compaq Tru64 UNIX ·Hewlett-Packard HP-UX ·IBM RS/6000 AIX ·Silicon Graphics IRIX ·Sun Solaris·Windows: 2000,NT,XP ·LinuxANSYS MultiphysicsTM MultiphysicsANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力学到MEMS等各类工程结构。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
170
210
250
P
P'
裂缝到井轴15cm 实测结果
100 150 200 250
0
50
Time(s)
Zhou Jihong's experiment outer raius=15cm
Source receiver distance(mm)
声振耦合技术解决方案
THANKS
F
拉伸
s
. e
u
压缩
. e0
超弹特性
粘弹特性
e
ANSYS声学流体单元
Fluid29/30单元 声波传播和水下结构动力学 界面上吸收材料声波衰减 稳态、模态、谐波和瞬态声 学(与结构耦合)分析 自由度设置
设置选项 K2=0：
内部流体 仅具有流体压力自由度 （PRES）
ANSYS声学粘弹材料 ANSYS结构接触技术 ANSYS结构动力学 ANSYS/LS-DYNA声学 声学应用举例
声车 布强厢 度内 分噪 发 振动 动机 噪汽 声缸 盖
ANSYS声-结构耦合
（ANSYS 多物理场耦合）
声学 分析能力 单/多介质声传播特性
结构 声学材料—非线性材料 超弹材料
ANSYS结构-声振耦合技术 解决方案
安世亚太成都办事处 马武福 2007-6-21
主题内容
产品设计/研制中关注的噪声问题
ANSYS软件的结构-声噪耦合解决方案
典型应用实例 小结
技术主题
ANSYS声-结构耦合
ANSYS声学模型 ANSYS声学流体单元 ANSYS声学超弹材料
HYPER8x
HYPER84 和 86 模拟Blatz-Ko可压缩泡沫类材料
声学粘弹材料
同时具有弹性固体和粘性液体相结合的行为特性 率相关行为材料性能与时间和温度都有关
粘弹性响应可看作由弹性和粘性部分组成
弹性部分是可恢复的, 且是瞬时的
粘性部分是不可恢复的, 且在整个时间范围内发生
ANSYS/LS-DYNA 流体及流—固耦合分析
其流体及流—固耦合分析包
括层流与湍流、可压与不可 压缩流及流体—结构的动态 耦合分析，完整解决声学分 析的要求 其显示求解方式具有隐式求 解所不可比拟的优点，突出 优势是对流场高频响应高效 准确的仿真，是高频声学分 析所需要的 其计算速度快，适合于大型 复杂工程规模问题的求解
主动声纳探测
ANSYS声学模型
模型类型 2D平面模型： Fluid29/Fluid129 2D轴对称模型： Fluid29/Fluid129 3D模型： Fluid30/Fluid130
模型组成
内部声学流体： Fluid29/30 附着层声学流体： Fluid29/30 无限边界域声学流体： Fluid129/130 结构：结构单元 FSI —流构耦合界面
定、接触绑定、绑定滑移和无 限大摩擦
结构动力学
模态分析
自用振动的结构自振频 率及振型
谐响应分析
在周期载荷作用下的结 构响应特性
瞬态分析
在任意岁时间变化载荷 作用下的动态响应特性
谱分析
在随机载荷作用下的动 力响应特性
利用声-固耦合场的瞬态动力学 功能仿真瞬态脉冲声波的传播 与粘弹吸声性能研究
是高阶单元(能使用退化形式) VISCO88/89 单元有应力-刚化能力
结构接触技术
接触问题：
点-点、点-面和面-面接触
多体接触或自接触
静水压和声压作用下粘弹或超 弹材料变形内孔接触作用
接触行为：
摩擦特性：静摩擦和滑动摩擦
传热特性：导热、对流和辐射
行为特性：标准分离、初始绑
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力传播—慢放
压力传播—实际状态
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.00001s
声压-时间曲线
超弹示例2：垂直入射结论
对于不同频率激励，超弹材料的响应回是一致的；
超弹性材料的变形是完全可以恢复的弹性，对声压 冲击的响应频率完全与激励频率一致，没有响应滞 后现象； 超弹材料也具有一定的能量耗散，但相对粘弹要低 很多； 从分析发现，粘弹材料具有比超弹材料更好的消声 减振性能。
一个简单的超弹模型 单轴拉伸应变可达30~40% 剪切应变可达80~90%
Mooney-Rivlin模型
两项形式拉伸应变可达90~100%； 更多项形式可以捕捉工程应力-应变曲线的拐点 5~9项形式应变可达100~200%
Solid185+Neo-Hookean
Arruda-Boyce模型——8链模型
计算结果
Time(s)
实测结果
Time (s)
超弹示例4：垂直裂缝计算结果与实测结果
裂缝到井轴15cm 计算结果 在接收的全波列波形中，可以观察到来自垂直裂缝的反射纵波
和折射纵波。当裂缝到井轴的距离为15cm时，实验测得反射纵 波的视速度为9.8 km/s，而计算得其视速度为9.7km/s，进一 步的计算结果表明,垂直裂缝距井轴越近，反射纵波的视速度越 大
用于模拟玻璃和聚合物等
声学粘弹材料
ANSYS提供广义 Maxwell 粘弹模型
G0 G1 G1
. . .
h1 h2 hk
由k 个并联的弹簧和缓冲筒数组成 是通用模型, Maxwell, Kelvin-Voigt 和 SLM是其中的特殊情况
Gk
ANSYS提供粘弹单元类型 VISCO88 (2D) 和 VISCO89 (3D)
激励频率越高，粘弹材料的响应滞后就越多；同时，
粘弹材料的响应就越小； 由于粘弹材料良好的吸能减振特性，声压并不发生明 显的振动现象； 从分析发现，粘弹材料具有很好吸收振动能量的特性， 同时具有随频率变化特性，能够在很大频率范围上达 到降低振动响应和压力波动。
超弹示例2：垂直入射
模型与粘弹一致，仅仅将消声瓦改为超弹材料模
型。 由于用户提供没有材料数据，故借用教材数据， 与前粘弹性能不一致，但是分析目的主要比较粘 弹和超弹材料响应特征和吸声性能。
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.001s
压 力 传 播
超弹示例2：垂直入射
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.001s
声压-时间曲线
3 2 1 0 0 10 20 30 40 50
0
a
Frequency(kHz)
b
x
声源的时域波形及频谱
超弹示例4：水平裂缝计算结果与实测结果
Direct arrival Reflected arrival
10
End of Model Arrival Direct S toneley Arrival Reflected Stoneley Arrival
声学超弹材料
材料性能
能承受大弹性可恢 复变形，任何地方 都可达100-700% 几乎不可压缩 应力-应变关系是高 度非线性的 拉伸材料先软化再 硬化，而压缩时材 料急剧硬化
F
拉伸
u
压缩
声学超弹材料
18x单元超弹性模型
多项式模型
应变可达300%
Neo-Hookean模型
结构振动声波 声压激励结构振动 声振耦合
粘弹材料
接触 多体接触
输出 声压力分布与梯度
自接触
声压级 声波散射、衍射、传输、 辐射、衰减等参数 结构动态变形应力等
动力学 自由振动—模态分析
瞬态振动 谐振动 随机振动
声波从空气传入水中
主动声纳探测
声波在管内震荡
超弹示例3：பைடு நூலகம்振耦合—减振降噪设计
消声器
有无挡板的效果比较
声压
速度
超弹示例3：声与声探测（声纳）
空气
内为钢球（中空） 测点压力-时间 曲线
1.0M
超弹示例4：裂缝对井中斯通利波的反射
计算者：杜光升/石油大学（东营），王耀俊/
南京大学声学所 计算目的：计算Stoneley波在有水平、垂直 裂缝的井中的反射，并与实测结果进行比较， 为测井研究提供帮助
超弹示例4：水平裂缝计算模型
水平裂缝宽度3mm
点声源中心频率20KHZ
单元总数：3800
150 100
y
c
水平裂缝
e2 m 2 e 1 m1
e
0 100
Amplitude
50 0 -50 -100 -150 200 300 400
d
Time(s)
4
点声源
e2 m 2
Amplitude
超弹和粘弹计算方案
粘弹模型 超弹模型
粘弹示例1：垂直入射
如右图，取消声瓦一圆柱
部分进行分析，带有一个 孔腔，包含三个部分：海 水、消声瓦和钢板 模型：
海水密度、声速 消声瓦采用广义Maxwell 粘弹模型 钢板为弹性模型
声压脉冲激励形式：
压 力 时间
海水
单孔消声瓦
粘弹示例1：垂直入射
主 动 声 纳 探 测 声 波 从 空 气 传 入 水 中
ANSYS声-振耦合解决方案
ANSYS提供有限元具有模型适应性强，能够创建任意声学结
构体 ANSYS提供有丰富完整的金属、超弹和粘弹材料模型，建立 钢板、超弹类橡胶或粘弹类聚合物材料，准确描述材料对声 压激励响应特性和自身振动吸能耗能特性 ANSYS提供有形式多样的接触模型，方便模拟超大变形过程 中产生的自接触现象，准确捕捉接触过程中结构总体刚度和 响应行为的变化 ANSYS能够定义任意球面波、柱面波和任意方向的平面波等 等 ANSYS提供声传播和声-振耦合分析功能，完整覆盖低高频 声振范围，全面解决多介质、多界面的声传播和结构振动耦 合稳态、瞬态和谐振