基于ANSYS-Workbench的声场分析方法介绍

基于ANSYSWorkbench的声场分析方法介绍ANSYS18.2版本以前要在Workbench界面中进行声场分析，需额外下载声学ACT插件，并手动集成于Workbench中才能进行声学分析。R18.2版本对此作了较大改进，声学分析模块已成为ANSYSWorkbench界面中的正式模块。本文在ANSYSWorkbench19.0环境中以简易扬声器为例，介绍声场分析的一般步骤，供大家学习和参考。1.ANSYSWorkbench声学分析模块创建将扬声器及挡板几何模型文件拖入至Workbench空白区域中，出现项目A，然后从左侧Toolbox中拖动声学分析模块“HarmonicAcoustics”至项目A的“Geometry”上松开鼠标，此时出现项目B，项目B与项目A之间存在几何数据传递关系，如图1所示。图1声学分析模块创建2.建立完整声场分析模型导入进Workbench中的扬声器及挡板几何模型如图2所示。在进行声学分析前，我们还需建立声学介质传播区域和无限边界区域，图3即为完整的声场分析模型。值得注意的是，外部的边界区域选用完美匹配层（PML）方法，此方法得到的网格单元吸收声辐射能，而不进行反射，用以表征无限的声场边界。建立声学介质传播区域和无限边界区域方法：首先进入DesignModeler，然后使用Tools中的Enclosure功能，定义Cushion值，并选择“MergeParts”，分别建立介质传播区域和无限边界区域。声场分析模型建立后，双击进入“EngineeringData”，新建空气介质，输入密度和声传播速度两项参数。图2扬声器及挡板模型图3完整声场分析模型3.声场分析关键设置3.1声传播区域设置“HarmonicAcoustics”“AcousticsRegion”，选中介质传播区域，然后在“Geometry”一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图4所示。图4声传播区域设置3.2声场边界区域设置“HarmonicAcoustics”“Insert”“PhysicsRegion”，“Acoustics”一栏切换为“Yes”，匹配层定义选择完美匹配层（PML）方法，然后选中外围边界区域，在“Geometry”一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图5所示。图5声场边界区域设置3.3声场激励源设置“HarmonicAcoustics”“Insert”“Acoustics”“MassSource”，在“Magnitude”一栏中输入大小值，然后选中扬声器发声的两个面，在“Geometry”一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图6所示。图6声场激励“MassSource”设置4.后处理结果查看通过“Solution”“Insert”“Acoustics”分别插入声压“AcousticsPressure”和声压级“SoundPressureLevel”，然后点击“Solve”求解，便可得到如图7所示的声压和声压级结果云图。图7声压和声压级结果云图通过“Solution”“Insert”“Acoustics”插入远场声压级“Far-fieldSPL”，定义场半径“SphereRadius”以及θ角“ThetaAngle”的角度范围和间隔，求解后可得到如图8所示的远场声压级曲线图。图8远场声压级结果曲线图