ANSYS结构声振耦合解决方案

Solid185+Neo-Hookean
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%
Ogden模型
基于主延伸率算法，更精确，但计算相对费时 应变可达700%
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
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
二维流体-结构模型
ANSYS声学模型
二维结构模型
模型类型 平面模型 轴对称模型 单元类型 PLANE42单元 PLANE82单元 PLANE182单元 PLANE183单元
Gk
. .
ANSYS提供粘弹单元类型 VISCO88 (2D) 和 VISCO89 (3D)

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
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

声车 厢 布强 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

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
声学流体材料
流体密度 流体中声速 边界声吸收系数
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
F
拉伸
s
. e
u
压缩
.0 e
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）
Fluid129/130单元 模拟FLUID29/30模型边界 外的无限流体域吸收效果 二级吸收边界条件，传出的 压力波到达模型边界时将被 “吸收”，只有微量反射回 流体域
设置选项 K2=1：
附着层流体流体 具有结构(UX/UY/UZ)和 流体压力(PRES)
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
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
无 限 结域 构液 振体 动中 声 波 -
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

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
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
包括 HYPER56, 58, 74 和 158 仅用于模拟几乎不可压缩 Mooney-Rivlin 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

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
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
应变可达300%
Neo-Hookean模型
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%
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
பைடு நூலகம்
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
三维结构模型
SOLID45单元 SOLID95单元 SOLID185单元 SOLID186单元
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
（ 中 间 为 中 空 刚 性 球 ）
主 动 声 纳 性 能 仿 真
ANSYS声学模型