声表面波谐振器的ANSYS分析

ansys 声学分析

第五章声学5。

1什么是声学？声学研究声压波在流体介质中的产生、传播、吸收和反射。

声学有如下的应用:·声纳-声学上雷达的对应物·设计音乐厅，希望声压均匀分布。

·减小机器厂房内的噪音·汽车中的噪声消除·水下声学·设计扬声器、音箱、声滤、消音器及其他类似装置。

·地球物理探测5.1.1声场分析的类型只有在ANSYS/Multiphysics 和 ANSYS/Mechanical中能进行声场分析,通常包括对流体介质及其周围结构的建模.典型感兴趣的是不同频率的声波在流体中的压力分布、压力梯度、粒子速度、声压级及声波的散射、衍射、传输、辐射、衰减和散射.耦合的声场分析将考虑流体—结构的相互作用。

非耦合的声场分析模型只考虑流体而忽略任何流体-结构的相互作用。

ANSYS程序假定流体是可压的，但只允许压力与平均压力相比有较小的变化。

而且，流体假定为非流动并且无粘的(即粘性不引起耗散作用）。

假定平均密度和平均压力不变,压力求解偏离平均压力而不是绝对压力。

5。

2求解声学问题通过执行一个谐波响应分析可以解决许多声学问题。

分析计算流体-结构界面上的谐波载荷（正弦变化)引起流体中的压力分布.通过指定载荷的频率范围，可以观察到在不同的频率时压力的分布。

可以执行模态和瞬态的声学分析。

（参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中关于这种分析更详细的叙述。

）谐波声场分析的过程包括以下三个主要步骤：·建立模型.·施加边界条件和载荷并获得求解。

·查看结果。

5.3建立模型在此步骤中，用户指定工作名称和分析标题,然后用PREP7前处理器定义单元类型,单元实常数,材料属性和模型几何尺寸。

这些任务与多数分析相同，在《ANSYS Basic Analysis Guide》中有叙述。

5.3.1谐波声场分析准则对一个谐波声场分析，考虑以下几点：单元类型—ANSYS声场分析指定了四种单元类型：对二维和三维模型的流体部分分别使用Fluid29和Fluid30单元，Fluid129和Fluid130与FLUID29和FLUID30单元一起使用，用来构造包围Fluid29和Fluid30单元的无限外壳。

ANSYS谐响应分析

ANSYS谐响应分析ANSYS谐响应分析是一种常见的工程分析方法，适用于对结构、机械和电子系统的动态响应进行预测和优化。

在这种分析中，系统的响应将被建模为正弦或余弦函数的和，称为谐波。

通过分析系统在不同频率下的响应，可以确定系统的固有频率、振动模态和动态性能。

1.准备模型：首先，需要准备模型并进行几何建模。

这包括选择材料属性、定义边界条件和加载条件。

在谐响应分析中，通常使用静力加载来模拟系统振动的激励。

2.确定固有频率：在进行谐响应分析之前，需要确定系统的固有频率。

这可以通过进行模态分析来完成。

模态分析是一种分析方法，用于确定系统的固有频率和振型。

通过查看模态分析的结果，可以确定系统的响应频率范围。

3.设置谐振状态：在进行谐响应分析之前，需要明确要分析的振动频率范围。

这可以通过选择分析频率范围并设置振动荷载的频率来完成。

在ANSYS中，可以选择一个或多个分析频率，并设置载荷的相位和振幅。

4. 进行求解：在所有输入条件都设置好之后，可以开始运行谐响应分析。

在ANSYS中，可以使用ANSYS Mechanical或ANSYS Workbench等模块来进行求解。

系统的振动响应将在选择的频率范围内进行计算和分析。

5.结果分析：完成求解后，可以查看并分析计算结果。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，用于可视化和分析分析结果。

可以查看系统的位移、速度、加速度和应力等响应结果，并通过其他参数来优化系统的设计。

谐响应分析在工程设计中具有重要的应用价值。

通过分析和优化系统的谐响应性能，可以改善结构的稳定性和可靠性。

例如，在建筑结构设计中，可以通过谐响应分析来确定楼层的固有频率和响应模态，从而减少振动和噪声的问题。

在机械系统设计中，可以通过谐响应分析来确定机械部件的振动模态，从而优化机械系统的可靠性和工作效率。

总之，ANSYS谐响应分析是一种重要的工程分析方法，可以用来预测和优化结构、机械和电子系统的动态响应。

谐响应分析可以通过ANSYS软件进行，通过明确振动频率范围和谐振状态，进行求解和结果分析，可以得到系统在不同频率下的振动响应和优化方案。

ansys谐波响应分析程序

谐响应分析步骤full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应，可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移1 Full法步骤第1步：载入模型Plot>V olumes第2步：指定分析标题并设置分析范畴1 设置标题等Utility Menu>File>Change TitleUtility Menu>File> Change JobnameUtility Menu>File>Change Directory2 选取菜单途径Main Menu>Preference ,单击Structure,单击OK第3步：定义单元类型Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框, 单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural Solid,再右滚动栏选择Brick 20node 95,然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。

第4步：指定材料性能选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels。

出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。

第5步：划分网格选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh V olumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。

ANSYS电磁场分析指南第九章3D静态、谐波和瞬态分析节点法

ANSYS电磁场分析指南第九章3D静态、谐波和瞬态分析节点法第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）9.1节点法（MPV）进⾏3D静态磁场分析3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使⽤相应的单元和加载。

与2-D静态分析同样的⽅式定义物理环境，但要注意下⾯讨论的存在区别的地⽅。

9.1.1 选择单元类型和定义实常数对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D ⽮量位SOLID97单元，与2D单元不同。

⾃由度为：AX,AY,AZ。

3D⽮量位⽅程中，⽤INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个⾃由度）来为⽆限边界建模。

对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：速度效应可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应⽤和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。

9.1.2 定义分析类型⽤与2D静态磁场分析相同的⽅式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者⽤命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义⼀个新的静态磁场分析；或者⽤ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动⼀个3-D分析。

如果使⽤了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，⽽要⽤具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。

9.1.3 选择⽅程求解器命令：EQSLVGUI：Main Menu>Solution>Analysis Options3D模型建议使⽤JCG或PCG法进⾏求解。

⽽对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有⾮对称矩阵的模型，只能使⽤波前法、JCG法、或ICCG法求解。

]ansys谐响应分析7-实例

]ansys谐响应分析7-实例问题描述本实例是对如下图所示的有预应力的吉他弦进行谐响应分析。

形状均匀的吉他弦直径为d ，长为l 。

在施加上拉伸力F1后紧绷在两个刚性支点间，用于调出C 音阶的E 音符。

在弦的四分之一长度处以力F2弹击此弦，要求计算弦的一阶固有频率f1，并验证仅当弹击力的频率为弦的奇数阶固有频率时才会产生谐响应。

几何尺寸：l ＝710mm c ＝165mm d ＝0.254mm材料特性：杨氏模量EX ＝1.9E5 Mpa ，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝7.92E-9Tn/mm 3。

载荷为：F1＝84N F2＝1N取弹击力的频率范围为从0到2000Hz ，并求解频率间隔为2000/8＝250Hz 的所有解，以便观察在弦的前几阶固有频率处的响应，并用POST26时间－历程后处理器绘制出位移响应与频率的关系曲线。

一．选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname ，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框，如图13.2所示。

在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH13”，然后单击对话框中的ok 按钮，完成对本实例数据库文件名的修改。

选取菜单路径Main Menu | Preference ，将弹出Preference of GUI Filtering (菜单过滤参数选择)对话框，单击Structural(结构)选项使之被选中，以将菜单设置为与结构分析相关的选项。

单击按钮，完成分析范畴的指定。

二.定义单元类型1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type |Add/Edit/Delete ，将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。

单击对话框中的按钮，将会弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框2．在图13.4所示的对话框左边的滚动框中单击“Structural Link ”，选择结构连接单元类型。

基于AnsysWorkbench的超声波换能器激励平板谐响应分析

２．ＡｎｈｕｉＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｌｌｅｇｅＡｎｈｕｉＨｅｆｅｉ，２３００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈｓｏｆｔｗａｒｅｔｏａｎｌｙａｚｅｔｈｅｕｓｅｏｆｍｕｌｔｉ —ｈａｒｍｏｎｉｃｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｐｌａｔｅｓａｎａｌｙ・ｓｉｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｆｏｒｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ｅｘａｍｉｎｅｄａｎｕｍｂｅｒｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｉｎｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｌｅｓａｎｄｃｉｒｃｕｌａｒａｒａｙｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅ — ｑｕｅｎｃｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｂｙｃｏｍｐａｉｎｒｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒａｒｒａｙｄｉｓｔｌｉ — ｂｕｔｉｏｎｉｓｃｉｒｃｕｌａｒａｒｒａｙｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｔｏｔａｌｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅｄｌｉｔｔｌｅ，ｔｈｅｌｅｓｓｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅａｖｅｒａｇｅｄｉｓｐｌａｃｅ・ｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｓａｎｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｌａｄｅｖｉｃｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓ．

ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）

ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）谐响应分析1.谐响应分析的定义：谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，不考虑结构发在激励开始时的瞬态振动。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计是否能够克服，疲劳，共振，及其他受迫振动应起的有害效果。

谐响应分析是一种线性分析，非线性特性被忽略。

2.谐响应分析的求解方法。

full（完全法）reduced（缩减法）mode superpos'n(模态叠加法)full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应。

可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移谐响应分析的基本步骤：完全法分析过程有3个主要步骤：建模，加载求解，结果后处理1.建立模型同样非线性行为将被忽略2.加载求解*指定分析类型为：harmonic*指定分析选项：包括solution method和dof printout format （解的输出形式）及use lumped mass approx？（质量矩阵形成方式）*在模型上加载：谐响应分析所加的载荷随时间按正弦规律变化。

指定一个完整的简谐荷载需要输入3条信息。

幅值(amplitude)、相位角(phase angle)、强制频率范围(forcing frequency range) 注意：谐响应分析不能同时计算多个频率的荷载作用，但可以分别计算，后叠加。

*谐响应分析荷载步选项普通选项：number of substebs(谐响应节数目)，选择加载方式stepped or ramped动力学选项：频率范围 frequence range ，阻尼(damping)输出控制选项：*开始求解3.观察结果缩减法谐响应分析步骤1.建模2.加载并得减缩解3.观察节缩解结果4.扩展解5.观察扩展的解结果与full法不同的是，要定义主自由度。

利用ANSYS谐响应分析结果导入LMSVirtuallab中进行声学分析步骤

1.前期用ANSYS寸模型进行动力学分析，然后保存结果文件.rst格式的，然后导入到Vritual Iab12中进行声学分析，可能步骤有些长，大家尽量慢慢看，如果有不明白的，或者我的步骤有错误的，大家可以指正，还有我的VL版本是12的，12的版本和以前的微有不同，在后边大家会发现的。

我的Q1728993717.2.进入声学模块：开始一Acoustics—Acoustics Harm on ic BEM ；3.导入Ansys分析结果文件.rst格式：文件一Import —默认即可，看好单位，与模型统一；4.更改文件名称，便于后续操作：在特征树中点开Nodes and Eleme nts —右键点其子选项（就是带有齿轮标志那个）一属性一特征属性一更改名称一StructuresMesh.5.提取声学面网格：开始一Structures —Cavity Meshing —插入一Pre/Acoustics Meshers —Pre/AcousticsMeshers —Ski n Meshers，出现一下图框，在Grid to Skin区域选择结构网格即：StructuresMesh，其余都默认不用改，之后点击应用，Close。

6.在次回到声学模块：开始一Acoustics—Acoustics Harm on ic BEM ;7.命名声学网格：点开特征树中的Nodes and Elements —右键Skin Meshpar1.—属性一特征属性一改名称一AcousticsMesh ;到这步之后为了方便起见，可以将结构网格StructuresMesh 隐藏：右键StructuresMesh —Hide/Show ;8.设定分析类型：工具一Edit the Model Type Defi niti ons —点击"是”出现对话框如下：之后，在左边选中 StructuresMesh , 然后点右边的 Set as Structures ；同理，选中AcousticsMesh 点击右边 Set as Acoustics然后确定即可；10. 声学网格前处理：插入一Acoustic Mesh Prepocessing set 出现如下：在Mesh Parts 中选声学网格AcousticsMesh —确定即可;按照图所示设置即可；9.设置网格类型：工具一 Set Mesh parts Type ：11. 定义材料：插入一Materials — New Materials — New Fluid Materials 按下图选着填写即可:就都是默认即可，不用更改什么，然后点击确定。

声表面波谐振器的ANSYS 分析

声学技术 Technical Acoustics基金项目：适配子乐甫波生物传感器的构建方法及响应机理研究(1077 4159)作者简介：付琛1982年出生, 男湖南岳阳, 汉族, 中国科学院声学所在读研究生,研究方向为声表面波传感器与滤波器FEM/BEM 分析；通信作者：何世堂，heshitang@ 。

声表面波谐振器的ANSYS 分析付琛, 李红浪，柯亚兵，何世堂（中国科学院声学研究所，北京，100190）Surface acoustic wave resonators analysis by ANSYSFU Chen ， LI Hong-lang ，KE Ya-bing ，HE Shi-tang(Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190,,China)1 引言随着移动通讯的发展，对声表面波(Surface acoustic wave, SAW)器件的设计要求越来越高，早期对SAW 器件的设计的唯象模型的方法因为采取了较多的近似，模拟的结果精确度不高。

随着计算机技术的迅猛发展，有限元法 (Finite element method, FEM)和有限元/边界元方法 (Boundary element method, BEM)的方法能够采用数值方法有效地求解波动方程，而且能考虑到多种效应，能够精确地仿真SAW 器件，因此越来越广泛地应用于声表面波器件的设计中。

其中ANSYS 作为一种商业有限元分析软件由于它具有良好的用户界面，强大的求解器和通用性等优点而成为进行SAW 器件的仿真的一个热点[1] [2]。

2 SAW 谐振器分析2.1 SAW 谐振器结构如图1是一个单端口SAW 谐振器的结构示意图。

由IDT 电极，左反射栅，右反射栅和基底压电介质组成。

反射栅的指条宽度和指条间隔与IDT 的都是相等的。

基于ANSYS平台的电机NVH仿真分析流程

基于ANSYS平台的电机NVH仿真分析流程1前言电机NVH是指电机在运行过程中对外表现出的噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其主要包括三个来源，即电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声，在这三类噪声中，电磁噪声的频率相对来说处于高频段，尤其是与驱动器开关频率相关的电磁噪声的频率刚好处于人耳最敏感的噪声频率区间，其幅值基本上决定了电机NVH的整体指标，同时相较于其他两类噪声，电磁噪声更容易通过电机电磁和机械结构的优化设计进行有效的抑制，因此电机电磁振动噪声是我们重点关注的对象。

由于电机NVH问题的相关理论复杂，同时涉及电磁/结构/声学多学科，是典型的多物理场耦合问题，其仿真分析具有一定难度。

在ANSYS2019中，利用Maxwell2D/3D快速仿真电机在多转速下定、转子表面的频域电磁力并无缝链接到Workbench平台HarmonicResponse模块进行多转速谐响应分析，得到电机的ERP Level Waterfall图，用于分析电机在各转速下的谐振情况；同时多转速谐响应分析结果也可传递到Harmonic Acoustics模块进行Sound Power Level Waterfall的分析，用于进一步对电机噪声水平进行评估。

另外，借助于多目标优化模块可对包括电机NVH在内的各项性能指标进行参数化寻优，快速实现产品迭代创新。

本文以典型的8极48槽内置式永磁电机为例，详细介绍在ANSYS平台下电机NVH 仿真分析的流程，希望对各位工程师有所帮助。

2Maxwell电机参数化模型的建立本文虚构了一台典型的IPM电机方案，采用8极48槽，V字型磁钢，单层整距绕组，转子轴向分4段V型斜极，其他参数见表1。

表1电机参数极数8转子外径148.6mm槽数48转子内径80mm磁极类型V转子分段数4定子外径230mm绕组形式单层定子内径150mm跨距6铁心叠长100mm线圈匝数8Maxwell软件具有多种参数化建模方法，我们推荐采用软件内置UDP(User Defined Primitives)或自定义UDP的方式来建模，Maxwell内置了大量UDP模型，涵盖了各种常规电机的定、转子、绕组、机壳的模型，调用方法为Draw>User Defined Primitive>RMxprt，UDP模型中的所有几何尺寸皆可用变量进行定义以实现参数化。

ANSYS简谐分析

ANSYS 理论与工程应用
7-15
Stepped与ramped的区别
Stepped :
F 4F/5
3F/5
2F/5
F/5
Ramped
:
F
ANSYS 理论与工程应用
7-16
Stepped与ramped的区别
Stepped :
荷载一次加到位，各 Substeps 荷载值相同，保证荷载不随频率改变
ANSYS 理论与工程应用
7-7
Full 法缺点：
1. 预应力选项不可用 2. 采用Frontal方程求解器时开销大（采用JCG或ICCG求解器效率很高）
ANSYS 理论与工程应用
7-8
Reduced 法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。主自由度处的位移得到后再扩展到结构的所有自由度。
ANSYS 理论与工程应用

谐响应分析模块的局限：
1. 所有荷载必须是同频率的谐振荷载 2. 不能考虑材料的非线性 3. 不计算瞬态效应 4. Restart不可用，须进行一次新的分
析
ANSYS 理论与工程应用
7-4
谐响应分析求解方法的比较
•Full 法 •Reduced 法 •Mode Superposition 法
函数）
ANSYS 理论与工程应用
7-12
缺点：
1. 不能施加非零位移 2. 在模态分析中使用PowerDynamics法时
，初始条件中不能有预加的载荷。
ANSYS 理论与工程应用
7-13
简谐分析需要输入阻尼和密度。
程序中有三处可以输入阻尼,但对应的计算结果不同.
ANSYS 理论与工程应用
7-14

ansys谐响应分析

ANSYS谐响应分析谐响应分析是用于确定线性结构在受正弦载荷作用时的稳态响应，目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到响应随频率变化的曲线。

其输入为已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是相同或不相同的。

其输出为每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同；或其它多种导出量，例如应力和应变等。

谐响应分析能预测结构的持续动力特性，从而验证设计能否成功地克服共振、疲劳，以及其他受迫振动引起的不良影响。

同时，通过谐响应分析可以用来探测共振响应；可以确定一个给定的结构能否能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）。

谐响应分析有三种求解方法:完整法、缩减法及模态叠加法。

三种方法都有其相应的适用条件。

这里主要介绍模态叠加法。

模态叠加法是通过对模态分析得到的振型乘上因子并求和计算出结构的响应，是所有求解方法中最快的。

使用何种模态提取方法主要取决于模型大小和具体的应用场合。

模态叠加法可以使解按结构的固有频率聚集，可产生更平滑且更精确的响应曲线图，同时可以包含预应力效果。

（对于机械结构来看，预应力含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形，改善受拉模块的弹性强度，提高结构的抗性。

）有预应力的谐响应分析可用缩减法和模态叠加法进行。

对于有预应力的谐响应分析，为了在模态叠加法谐响应分析中包含预应力效果，必须首先进行有预应力的模态分析。

在完成了有预应力模态分析后，就可以像一般的模态叠加法那样进行分析了。

而对于对于有预应力的模态分析，由于结构预应力会改变结构的刚性，因此预应力结构模态分析是结构设计中必须考虑的因素。

预应力模态分析步奏与常规模态分析大致相同，其差别在于:（1）先对造成预应力的外力进行静力分析；（2）在静力分析和模态求解中打开PSTRES，on命令，表示考虑了预应力效应。

模态叠加法进行谐响应分析的步骤如下：一、建模1）只能用线性的单元和材料，忽略各种非线性的性质。

ANSYS结构声振耦合解决方案[精]

（中主间动为声中纳空性刚能性仿球真）
ANSYS声学模型
声学流体材料流体密度流体中声速边界声吸收系数
F
拉伸
u
压缩
超弹特性
结构材料
弹性材料超弹材料粘弹材料弹塑性材料其他材料
s
e.
e. 0 粘弹特性 e
ANSYS声学流体单元
Solid185+Neo-Hookean
根据应变大小和材料数据选择适当的超弹模型
声学超弹材料
HYPER5x单元超弹性模型
包括 HYPER56, 58, 74 和 158 仅用于模拟几乎不可压缩 M 和 86 模拟Blatz-Ko可压缩泡沫类材料
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
动力学
声压级
自由振动—模态分析
声波散射、衍射、传输、
瞬态振动
辐射、衰减等参数
谐振动
结构动态变形应力等
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
主动声纳探测
ANSYS声学模型
FSI—流固界面
结构单元与流体单元接触作用表面定义流体压力与结构作用界面
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%
Arruda-Boyce模型——8链模型
基于统计的模型，需要的实验数据很少应变可达300%

ANSYS动力学分析指南-谐响分析

§2.1谐响应分析的定义与应用任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

（见图1）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

图1（a）典型谐响应系统。

F0及ω已知，u0和Φ未知。

（b）结构的瞬态和稳态动力学响应。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题（参见<<ANSYS耦合场分析指南>>的第5章）。

谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。

§2.2谐响应分析中用到的命令建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。

同样，无论进行何种类型的分析，均可以从用户图形界面（GUI）中选择等效的选项来建模和求解。

在后面的“谐响应分析实例（命令或批处理方式）”中，将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令（GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的）。

而“谐响应分析实例（GUI方式）”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。

（要了解如何用命令和用户图形界面进行建模，请参阅《ANSYS建模与网格指南》）。

《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的ANSYS命令说明，它们是按字母顺序进行组织的。

§2.3三种求解方法谐响应分析可采用三种方法：完全法（Full）、缩减法（Reduced）、模态叠加法（Mode Superposition）。

基于ANSYS的声表面波氢气传感器压电分析

第24卷第7期2011年7月传感技术学报CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORSVol．24No．7July 2011项目来源：国家自然科学基金项目（50875122）；江苏省自然科学基金（BK2007185）；江苏省高校自然科学基金项目（07KJB460044）收稿日期：2011－01－13修改日期：2011－03－23The Piezoelectric Analysis of SAW Hydrogen Sensor Based on ANSYS *DONG Ningning ，YIN Chenbo *，ZHANG Zili ，ZHU Bin（School of Mechanical and Power Engin ，Nanjing University of Technology ，Nanjing 210009，China ）Abstract ：The structure of the surface acoustic wave （SAW ）sensor was designed．The finite element model of SAW hydrogen sensor was developed and simulated using ANSYS platform．As the sensor was exposed to 1000ˑ10－6hydrogen ，the thickness ，the density and the elastic modulus of the Pd film have changed correspondingly ，which lead to the change of output voltage and frequency．When the thickness of Pd film increased ，transmission of SAW in the piezoelectric substrate slowed down ，the frequency became smaller and the amplitude of the output voltage in-creased ；when the density decreased ，the amplitude of the output voltage became smaller ；when the elastic decreased ，the amplitude of output voltage increased and have a slight delay．Key words ：surface acoustic wave （SAW ）；Hydrogen sensor ；ANSYS ；piezoelectric analysis EEACC ：B50doi ：10．3969/j．issn．1004－1699．2011．07．004基于ANSYS 的声表面波氢气传感器压电分析*董宁宁，殷晨波*，张子立，朱斌（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009）摘要：设计了声表面波氢气传感器的结构，利用ANSYS 软件建立了声表面波传感器的有限元模型，并对SAW 氢气传感器进行了仿真，最后用数据处理软件Origin 分析了敏感薄膜的材料参数对传感器输出的影响。

基于ANSYS的声表面波标签仿真研究

基于ANSYS的声表面波标签仿真研究陈飞;茅健【摘要】声表面波无线射频识别技术是现代无线射频识别方法之一.针对目前声表面波标签设计复杂,精度要求较高等特点,提出了基于ANSYS的声表面波标签设计方法.在声场波动方程和Maxwell方程的基础上,研究二维模型的可行性,采用128°YX-LiNbO3压电晶体为基底,金属铝为叉指换能器电极,设计2个叉指换能器周期的声表面波标签模型.对声表面波标签进行模态分析和谐响应分析,仿真结果反映了声表面波在压电基底上的传播轨迹,声表面波的能量分布图以及幅频特性,为声表面波标签的精确设计提供依据.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2015(033)001【总页数】4页(P60-62,67)【关键词】声表面波标签;铌酸锂晶体;有限元分析法;传播属性【作者】陈飞;茅健【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】O422;TN713[自控·检测]声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)是指能够在物体自由表面产生并沿着表面或界面传播的弹性波，其振幅随着物体透入深度而衰减，能量也主要集中在物体表面。

随着叉指换能器(Interdigital Transducers，IDT)的出现，SAW与射频波能够在压电基底表面完成声电转换，因此SAW技术得到了迅速的发展[1]。

随着新材料的不断出现，信息融合技术的不断发展，SAW技术在很多领域得到了广泛的应用。

无线射频(Radio Frequency Identification，RFID)技术是物联网技术中不可或缺的自动识别技术之一。

传统的基于IC技术的RFID技术具有识别距离短，适应恶劣环境能力较差的缺陷，而SAW-RFID技术能够弥补这些缺陷[2]，且其标签具有制造工艺简单，可以大批量生产等优点。

SAW标签的精确设计是SAW-RFID系统中重要环节，能够影响其在识别过程中的传播速度和识别时间。

基于ANSYSWorkbench的声场分析方法介绍

基于ANSYS Workbench 的声场分析方法介绍ANSYS 18.2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ANSYS ANSYS WorkbenchWorkbench 界面中的正式模块。

本文在ANSYS ANSYS Workbench19.0Workbench19.0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. ANSYS Workbench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“Harmonic Harmonic Acoustics Acoustics ”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Design Modeler ，然后使用Tools 中的Enclosure 功能，定义Cushion 值，并选择“Merge Parts ”，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“Engineering Data ”，新建空气介质，输入密度和声传播速度两项参数。

图2 扬声器及挡板模型完整声场分析模型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 声传播区域设置然后在“Geometry”“Harmonic Acoustics”>“Acoustics Region”，选中介质传播区域，选中介质传播区域，然后在一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图4所示。

ANSYS-谐响应分析解析

17
谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
阻尼
► 从-阻尼、-阻尼和阻尼率中选典取型命令:
ALPHAD,…
► 阻尼率最常用
BETAD,…
DMPRAT,...
18
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解
建模
Hale Waihona Puke 选择分析类型和选项典型命令:
施加谐波载荷并求解
► 所有施加的载荷以规定的频率（或频率范围）简谐地变化
▪ HRCPLX, LOADSTEP, SUBSTEP, PHASE, ...
▪ 例如： HRCPLX,2,4,85.7
► 绘制变形图，应力等值线图和其它期望的结果。
典型命令:
HRCPLX,… PLDISP,2 PLNSOL,… FINISH
34
谐响应分析步骤
建立模型选择分析类型和选项施加谐波载荷和求解观看结果
6
谐响应分析-术语和概念
运动方程
►通用运动方程：
M u Cu K u F
►[F]矩uF阵和uFmm{axauexei}i矩eei阵wiwt t是(简(uF1谐1的iiu，F22频)e)ie率wiwt t为 w:
(w 2M iwC K )(u1 iu2) (F1 iF2)
7
谐响应分析-术语和概念
► 例如，在0-50频率范围内有10
HARFRQ,… NSUBST,… KBC,1
个子步时将给出在5，10，
15...45和50Hz等频率上的解；
而同一频率范围只有一个子步
时，则只给出50Hz频率上的解。
24
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
阶梯载荷对线性变化载荷： ► 采用若干子步，可以逐渐地施加载荷（线性变化载

基于ANSYS Workbench的声场分析方法介绍

基于ANSYS Workbench的声场分析方法介绍ANSYS 18.2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ANSYS Workbench界面中的正式模块。

本文在ANSYS Workbench19.0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. ANSYS Workbench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“Harmonic Acoustics”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Design Modeler，然后使用Tools 中的Enclosure功能，定义Cushion值，并选择“Merge Parts”，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“Engineering Data”，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“Harmonic Acoustics”>“Acoustics Region”，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。

ANSYS中的模态分析与谐响应分析

ANSYS中的模态分析与谐响应分析模态分析是分析结构的动力特性，与结构受什么样的荷载没有关系，只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数，并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型（也称为模态）。

谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应，是与结构所受荷载相关的，只是结构所受荷载的都是简谐荷载，而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。

比如，在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 ！指定点荷载的实部和虚部（或者幅值和相位角）HARFRQ,0,2.5, ！指定荷载频率的变化范围，也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, ！指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样，结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的，但物理量的值一般为复数，包括实部的虚部，这可以从后处理LIST结点值看出来。

个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析（也叫振型分析、振型分解等），而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大（共振）。

如果已经进行过模态分析的话，会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。

但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。

因此，只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解，以便验证谐响应分析结果是否合理。

另外，谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。

对于相地震那样的时间过程线，直接进行时域分析（ANSYS里用暂态分析）可得到结构随时间的响应。

而如果进行频域分析，就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加，然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析，最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。