ANSYS震动声学案例–谐响应的自由扩散声场模拟
声学是研究声波在介质中产生、传播、接收和响应的科学，其中介质分为流体、固体和流固混合。当介质为流体或流固混合时，流体满足声学方程，当介质为固体时，固体满足结构振动方程。本文以一块板材的振动引起的声学现象为例，来看ANSYS workbench中如何做谐响应的自由扩散声场的模拟。本文源于笔者以前学习过程中的记录，不具工程意义。
首先，建立板材简谐振动在ANSYS workbench中的分析流程，如下图所示。谐响应分析前，需对固体板材做模态分析。模态分析是计算结构振动特性的数值技术，结构振动特性包括固有频率和振型，是其他动力学分析的基础。模态分析后，对固体板材做谐响应分析，以确定板材在受到的简谐荷载作用下的震动情况，最后通过谐波声学模块，导入板材震动的速度响应，分析引起的噪声情况。
建立完成分析流程后，双击A模块中的geometry，进入spacecliam建立模型（自由扩散声场模型），如下图2所示。其中，板材为30mm×30mm×1.5mm，空气域为：90mm×90mm×61.5mm，在固体板底部中心设置直径2mm的印记面，用于加载简谐荷载。
在声学分析中，网格大小与声音波长有关，网格尺寸是最重要的参数，必须对此进行设置和多次完善。对于线性单元，其计算公式为:每个波长至少有12个单元；对于二次单元，其计算公式为：每个波长至少有6个单元。例如声速为340m/s.计算频率最高为10000HZ，根据λ=c/f，则单元尺寸不大于 0.0057m=5.7mm，即取单元尺寸为5mm即可。本案例板材划分网格2.5mm，厚度方向取2层。划分网格结果如下：
设置板材四周固定约束，如下图所示：
模态分析前，设置计算参数，本案例将搜索频率限制在人的听力范围内，即0～20000Hz，设置如下图所示：
设置完成后，可计算模态，模态分析结果如下：
各阶模态振型如下：
模态分析完成后，双击Harmonic Response(B5)模块，进入谐响应分析，并进行如下分析设置：
首先，设置分析频率范围同模态分析，将“聚类结果”打开。Cluster number设置为2，cluster result 设置为yes，最大频率范围设置同上一步模态分析，为20000Hz。
然后，设置阻尼比0.05（可以削弱声波）：
最后，施加简谐荷载条件，设置如下：
求解后，插入变形、速度、和加速度结果，如下图所示：
变形：
速度：
加速度：
进入Harmonic Acoustics(C5)模块。抑制实体板材，解除空气域的抑制，并将空气域赋予材料AIR.
对空气区域划分网格，网格大小2.5mm，划分网格结果如下：
分析设置.频率范围设置，最大频率范围设置同上一步模态分析，为20000Hz：
频率间隔方式设置为按“对数”方式：
导入震动速度谱：
几何选择为实体与空气域的边界。
导入速度：
回到之前的模态分析，拷贝模态频率：
导入速度：
设置辐射边界条件（空气域的6个面）：
以上设置完成后即可求解，求解后，插入A计权声压等级，如下所示：
也可查看远场声压（对于一个开放(无 界)的问题，评估在一个给定的位置超出网格域的所有计算频率的声压级），此处设置位置为距声源中心距离50mm处，如下所示：
在Harmonic Acoustics模块的结果中，也可查看隔声量、吸声系数、反射损失、扩散声场隔声量等，如下图所示。
最近笔者遇到一个振动声学问题，突然想起了以前学习了这么一个案例，分享给大家。本人对声振耦合未有深入研究，如有不对之处，还请指正。
