【扬声器仿真高阶应用】各种结构非线性分析在扬声器仿真的应用

一、前言

本文将探讨各种结构非线性分析，以及其在扬声器仿真上的应用。不包括流固耦合、热膨胀、热塑形、压电效应、磁致伸缩等涉及其他物理场的模型分析，仅仅讨论结构场。

流固耦合对扬声器的影响可以参考【扬声器系统设计与仿真】封闭扬声器系统空气劲度非线性计算和【扬声器仿真高阶应用】闭箱扬声器橡胶边在运动中异常形变

结构非线性来源很广，对仿真来说存在收敛问题，相对比较复杂。下面一 一分析

二、各种结构非线性来源

1. 几何非线性

   如果某个结构出现了大变形, 其变化的几何外形会导致非线性行为。通常扬声器的Kms（x）变化就是由此引发。

   可以参考一款典型扬声器支撑系统的Kms(x)分析和【有限元】案例讲解结构非线性仿真不收敛解决技巧

2. 材料非线性

   通常的仿真都是把材料作为线弹性理想模型处理的。但实际材料存在非线性的应力－应变关系，比如扬声器上用的橡胶、施胶布等存在蠕变、粘弹性等，铝膜钛膜等金属的塑性。

   可以参考扬声器Fs随激励信号变化和【有限元】金属塑性分析在扬声器上的应用

3. 接触

   当两接触体间互相接触或分离时会发生刚度的突然变化，此时也会出现非线性。常见的摩擦即属于此类。可以用在比如音箱卡扣连接上。

   

4. 动态图不太清晰，可以点下面的视频播放





5. 冲击

   冲击属于高度非线性。常见应用在手机行业跌落失效分析，汽车行业碰撞失效分析，和军工行业子弹穿甲效果分析等。对于扬声器来说，可以对应用在音箱、扬声器单裸跌，带包装跌落试验的仿真上。需要采用显式动力学算法。

   a. Solidworks。自带一个简单的跌落仿真模块，计算非常快。据说是偏门算法，结果不可信。

   b. Comsol。 无显式算法，用瞬态的隐式算法，结果不可信。

   c. Ansys。自带AutoDYN，也购买了LS-DYNA的求解器。求解时间较长。之前做一款扬声器单元带音箱前面板跌落仿真，在配置还不错的工作站上计算了将近24个小时。因为分析时间步要很非常小，比如10^(-8)s之类的。这是显式动力学算法特性决定的。

   d.ABAQUS。说起结构非线性分析，不得不提ABAQUS。 显式分析和隐式分析可以无缝衔接，相互传递数据。

6. 爆炸

   仿真的方法有多种，包括无网格法。

7. 裂纹

   涉及断裂有限元。




8. 单元生死

切削，材料CNC加工，焊接等。用Ansys和ABAQUS做的比较多。

三、感慨

越往深处学，想的越多，越能感觉到自己的无知。

独学而无友，则孤陋而寡闻。分享自己琢磨的一些东西，为的也是能和各位交流，拓展视野不至于坐井观天。

人生天地之间，若白驹过隙，忽然而已。