ANSYS结构声振耦合解决方案
ANSYS软件中耦合场分析方法及应用
ANSY S 软件中耦合场分析方法及应用王永新Ξ(黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州 450003)摘 要:在水工结构计算中,大型通用商务有限元软件ANSY S 得到了广泛应用。
文章主要是介绍ANSY S 耦合场分析方法,以实例介绍耦合场分析的基本过程,并对不同的耦合方法进行比较,说明其各自适用的范围和特点。
关键词:ANSY S ,有限元,耦合场中图分类号:TP39117 文献标识码:B 文章编号:1006-3951(2006)04-0032-03 随着计算机软硬件技术的迅速发展,大型通用商务ANSY S 在水工结构计算中应用的比较多,该软件不仅可进行静力、动力、流体、温度、结构优化等有限元计算,还可对不同的物理场进行耦合分析。
下面介绍使用ANSY S 耦合场方法对大坝进行温度应力场的仿真分析及一个流—固耦合的实例,简述耦合场分析方法的基本过程,与大家共同学习。
1 耦合场分析概述耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。
在水电工程中,同一个建筑物或构筑物多是承受多个物理场同时作用的。
例如混凝土坝,在施工期不但要考虑其温度场同时还要计算其由于温度荷载等产生的应力场,在运行期还要考虑水流对大坝产生的作用。
因此要进行热—应力耦合分析、流体—结构耦合分析等。
耦合场分析依赖于所耦合的物理场,具体有两大类,即顺序耦合和直接耦合。
顺序耦合包括两个或多个按一定顺序排列的进行分析,为每一种属于某一物理场分析。
即通过将前一个物理场分析的结果作为载荷施加到第二个物理场分析中的方式进行耦合,适用于多场的非线性程度不是很高的情况;直接耦合只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元进行直接计算,适用于耦合场之间具有高度非线性的相互作用时。
由于顺序耦合中每种分析是相互独立的,其应用更有效也更灵活,如在热—应力耦合分析中,可以先进行瞬态或稳态热分析,然后进行结构应力分析。
可以将热分析中任一载荷步或时间的节点温度作为体载荷施加到结构应力分析中。
ANSYS结构声振耦合解决方案
▪ 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
模型类型
▪ 2D平面模型： Fluid29/Fluid129 ▪ 2D轴对称模型： Fluid29/Fluid129 ▪ 3D模型： Fluid30/Fluid130
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
（ 中主 间动 为声 中纳 空性 刚能 性仿 球真 ）
ANSYS声学模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
声学流体材料 ▪ 流体密度 ▪ 流体中声速 ▪ 边界声吸收系数
脉冲压力峰值：20Pa 脉冲压力时间：0.00001s
声压-时间曲线
超弹示例2：垂直入射结论
对于不同频率激励，超弹材料的响应回是一致的； 超弹性材料的变形是完全可以恢复的弹性，对声压 冲击的响应频率完全与激励频率一致，没有响应滞 后现象；
超弹材料也具有一定的能量耗散，但相对粘弹要低 很多；
从分析发现，粘弹材料具有比超弹材料更好的消声 减振性能。
▪ 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=0：
✓ 内部流体 ✓ 仅具有流体压力自由度
基于ANSYS的车桥耦合振动分析_杨建荣
第16卷第4期2007年12月计算机辅助工程C O M P U T E RA I D E DE N G I N E E R I N GV o l .16N o .4D e c .2007文章编号:1006-0871(2007)04-0023-04基于A N S Y S 的车桥耦合振动分析杨建荣, 李建中, 范立础(同济大学土木工程学院,上海 200092)摘 要:为准确分析车桥之间的相互作用,根据模态综合法推导车桥系统动力平衡方程,基于A N S Y S 前后处理器的桥梁建模和结果后处理功能,结合自主程序V B D I P(V e h i c l e B r i d g e D y n a m i c I n t e r a c t i o n P r o g r a m ),形成1个通用工具用于分析车桥耦合振动问题.以单自由度质—弹系统通过简支梁桥模型为例,计算车桥的动力响应.所得结果与相关文献结果吻合良好,表明该方法正确有效,可用于分析各种车桥耦合振动问题.关键词:车桥耦合;振动;模态综合法;简支梁;A N S Y S 中图分类号:U 441.3;T P 391.9 文献标志码:AA n a l y s i s o n v e h i c l e -b r i d g e c o u p l i n gv i b r a t i o nb a s e do n A N S Y SY A N GJ i a n r o n g ,L I J i a n z h o n g ,F A NL i c h u(C o l l e g e o f C i v i l E n g .,T o n g j i U n i v .,S h a n g h a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :T o a n a l y z e t h e d y n a m i c i n t e r a c t i o n b e t w e e n b r i d g e a n d v e h i c l e s a c c u r a t e l y ,t h e d y n a m i c b a l -a n c e e q u a t i o n o f v e h i c l e -b r i d g e c o u p l i n g s y s t e m i s d e d u c e d b y t h e m o d a l c o u p l e d m e t h o d .T h e s o p h i s t i -c a t e d p r e p r o c e s s i n g a n d p o s t p r o c e s s i n g f u n c t i o n s i nA N S Y Sa n da h o m e -c o d e p r o g r a mVB D I P (V e h i c l e B r i d g e D y n a m i c I n t e r a c t i o n P r o g r a m )a r e i n t e g r a t e d i n t o a g e n e r a l t o o l .T a k e n t h e m o d e l o f a f r e e b e a m s u b j e c t e d t o a m o v i n g s p r u n g m a s s a s a n e x a m p l e ,t h e r e s u l t s o b t a i n e d a r e i d e n t i c a l t o t h o s e f r o mr e l a t e d r e f e r e n c e s ,a n d i t p r o v e s t h a t t h e a l g o r i t h m i s v a l i da n de f f e c t i v e e n o u g ht o a n a l y z et h ev e h i c l e -b r i d g ec o u p l i n g v i b r a t i o n s y s t e m .K e y w o rd s :ve h i c l e -b r i d g e c o u p l i n g ;v i b r a t i o n ;m o d a l c o u p l e d m e t h o d ;f r e e b e a m ;A N S Y S收稿日期:2007-05-28 修回日期:2007-07-03作者简介:杨建荣(1978-),男,云南大理人,博士研究生,研究方向为桥梁抗震、车桥耦合振动,(E -m a i l )c a r p e n t e r y @s i n a .c o m ;李建中(1963-),男,湖北咸丰人,教授,博导,博士,研究方向为桥梁结构设计理论、桥梁抗震和车桥耦合振动,(E -m a i l )l i j i a n z h @m a i l .t o n g j i .e d u .c n0 引 言随着C A E 技术的发展,很多优秀的通用有限元软件得到广泛应用.当遇到通用软件无法完成的特殊任务时,就需要进行自主程序[1](h o m e -c o d e )的开发.开发1套完善的有限元分析程序是1项浩繁的工作,不仅需要强大的技术支持,更需要大量的资金.如果每个研究者都自行开发将令人无法想象,且这样低层次的重复劳动将造成巨大的浪费.人们希望充分利用现有商业软件的成熟功能(特别是前后处理功能),只编写程序的核心计算模块来完成特殊的分析任务.在常用的通用有限元程序中,A N S Y S 的前后处理器功能完善、别具一格,非常适合作为自主程序的运行平台.在移动车辆作用下,桥梁将发生振动.对这一问题的研究可以追溯到19世纪[2-4],各种分析方法相继被提出,其中包括:解析方法、迭代解法[5-7]、动力凝聚法[8-10]和模态综合法[11,12]等.但是,由于车桥耦合问题的复杂性,车桥动力计算的商业化软件尚鲜有报道,多数研究通过编制专门的计算程序实现,其中一些利用现有商业软件的成熟功能,极大地提高工作效率.梁玉红[13]借助F O R T R A N 语言编写车辆动力方程求解程序,并将其作为A N S Y S 外部命令调用,实现列车过桥整个过程的动力响应分析.K W A S N I E W S K I A 等[14]则利用L S -D Y N A 分析车桥耦合振动,但计算量较大.而B O W E 等[8]则利用A N S Y S 接触单元C O N T A C T 48模拟车桥相互作用,与用轮轨接触单元得到的结果一致.模态综合法利用振型叠加原理建立桥梁模态方程,只需要知道桥梁的振动模态和车辆定义参数,即可模拟出车辆通过桥梁的整个过程.该法计算速度快、易于收敛,可以方便地与商业有限元软件的模态分析功能相结合.本文以A N S Y S 为平台,利用其强大的前后处理功能,建立桥梁有限元模型,分析得到桥梁振动模态信息.根据模态综合法自编程序V B D I P (V e h i c l e B r i d g e D y n a m i c I n t e r a c t i o nP r o g r a m )用于建立并求解车桥系统动力平衡方程.两者形成有效的分析工具,用于分析车辆与桥梁之间的竖向耦合振动问题.最后,通过算例验证本文方法的正确性和有效性.1 车桥系统动力平衡方程车桥动力系统由桥梁和车辆两个子系统组成,用模态综合法可在同一体系下建立车桥系统的动力平衡方程.因此,该方程中包含桥梁模态空间自由度和被离散为多自由度质—弹系统的车辆自由度.假设:桥梁和车辆在相互作用过程中始终满足小变形,H o o k e 定理和S a i n t -V e n a n t 定理;车轮与桥面始终接触无分离.桥梁动力平衡方程可写为 [M b ]{U ¨b }+[C b ]{U ﹒b }+[K b ]{U b }={F b }(1)式中:[M b ],[C b ]和[K b ]分别表示桥梁的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{U b }为桥梁结构的位移;{F b }表示作用于桥梁的载荷.根据振型叠加原理,桥梁结构的位移{U b }=[Υ]{A }(2)式中:{A }为桥梁结构的正规坐标;[Υ]为桥梁振型矩阵.将式(2)代入式(1)并左乘[Υ]T得到桥梁模态运动方程[M B ]{A ¨}+[C B ]{A ﹒}+[K B ]{A }={F B }(3)式中:[M B ],[C B ]和[K B ]分别为桥梁的模态质量矩阵、模态阻尼矩阵和模态刚度矩阵;{F B }表示作用于桥梁的模态力.文中桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和振型矩阵利用A N S Y S 计算获得.车辆可被离散为由若干质量块、弹簧和阻尼器组成的质弹系统,其动力平衡方程可写为 [M V ]{Z ¨V }+[C V ]{Z ﹒V }+[K V ]{Z V }={F V }(4)式中:[M V ],[C V ]和[K V ]分别表示车辆模型的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{Z V }为车辆模型各自由度相对于重力平衡位置的位移;{F V }为桥梁作用于车辆的扰动力.车辆第i 个车轮与桥面之间的接触力F b i可表示为F b i =FG i +k t i (Z t i -U b i -r i)+c t i (Z ﹒t i -U ﹒b i -U ′b i V -r ′i V )(5)式中:F G i 为i 车轮承受的车辆自重(包括车身传递到i 车轮独立悬架的重力、i 车轮及其悬架自重);k t i 和c t i 分别为该轮胎的刚度和阻尼系数;Z t i 为i 车轮轮轴的位移;U b i 为i 轮胎作用点处的桥面位移;V 表示车辆的行驶速度;r i 表示路面不平顺函数.根据振型叠加原理,U b i =∑n m j =1ij A j,U ′b i =∑n mj =1i ′j A j (6)式中:n m 为模态数;将桥梁第j 阶振型在i 车轮与桥面接触点处的竖向位移和转角分量分别表示为 ij 和 i ′j ,它们可通过对桥梁有限元模型第j振型的节点位移插值得到.当车辆第n 至m 个车轮作用于桥面时,桥梁第L 阶模态力F B L =∑m i =niL F b i(7)设桥梁阻尼矩阵[C b ]为正交矩阵,将式(7)代入式(3),桥梁第L 振型的运动方程为 M B L A ¨L +C B L A ﹒L +K B L A L =∑mi =niL (V t )F b i(8)式中:M B L ,C B L 和K B L 分别为桥梁第L 阶模态质量、阻尼和刚度.联立式(4)和(8),车桥耦合运动方程为[M V ][0][0][M B ]{Z ¨V }{A }+[C V ][C B t ][B B t]T[C B +C B V ]{Z ﹒V }{A }+[K V ][K B t 1][K B t 2][K B +K B V ]{Z V }{A }={F }(9)式中:下标“B V ”表示桥梁运动方程与车辆有关的项;“B t ”表示车桥耦合项.[C B t ],[C V B ]和[K B t 1],24计 算 机 辅 助 工 程 2007年 [K B t 2],[K B V ]均与桥梁和车辆的参数及其相互作用位置有关.2 车桥耦合振动分析流程A N S Y S 提供1个强大的实体建模及网格划分工具,可以方便地生成有限元模型,其丰富的单元库具有近190种单元类型.由于V B D I P 只需读入桥梁的模态信息,因此大多数A N S Y S 程序支持的单元类型均可根据需要用于构建精确的结构有限元模型.此外,A N S Y S 还专门设有与我们所熟悉的一些大型通用分析软件的数据接口,它允许从这些程序读取有限元数据.由于车桥耦合振动分析结果的数据量很大,对计算结果的后处理无疑是项繁冗的任务.利用A N S Y S 后处理器可对分析结果进行各种操作,如列表、绘图、变量定义与数学运算等,通过动画技术可以直观地观察车桥相互作用的整个过程.以上优点使其非常适合作为自主程序的运行平台.根据模态综合法,由M a t l a b 程序编写的自主程序V B D I P 包括19个模块,用以完成不同的功能.在每个时间步内,程序根据车辆在桥面的位置,计算车桥系统动力平衡方程的阻尼矩阵、刚度矩阵和外载荷向量,由W i l s o n -θ法求解该时间步的系统响应作为下一步的初始状态.这样逐步求解,最终得到整个车、桥动力响应时程. 将A N S Y S 前后处理器与专用车桥耦合分析程序V B D I P 相结合,形成1个通用的分析工具,可以分析各种车桥系统的耦合振动问题.具体分析流程见图1.图1 车桥耦合振动分析流程 由图1可知:(1)用A N S Y S 前处理器建立桥梁有限元模型,并进行模态分析输出桥梁模态信息,包括桥梁模型的质量矩阵、刚度矩阵、振动频率和振型等.桥梁的阻尼可采用常阻尼或R a y l e i g h 阻尼模型.车道是由一系列节点按先后顺序定义、两两连接而成的折线段;(2)由V B D I P 读入车辆信息、路面不平顺样本及A N S Y S 模态分析结果,形成并求解车桥系统动平衡方程;(3)用A N S Y S 后处理器对计算结果进行后处理.3 本文方法计算正确性验证为验证本文方法的正确性,现分析单自由度车辆模型通过简支梁桥模型时车桥的动力响应,并将计算结果与文献[8]的结果及理论解[15]相比较.如图2所示,跨度L =25m 的简支梁桥模型,截面惯性矩I =2.9m 4,弹性模量E =2.87E 9k N /m 2,线密度m=2.303E 3k g /m ,柏松比ν=0.2.车辆模型的质量m s =5.75E 3k g ,弹簧刚度k s =1595E 3N /m ,移动速度V=27.78m /s .桥梁有限元模型由100个B E A M 4单元模拟,不考虑桥梁阻尼和路面不平顺的影响.图2 单自由度车辆模型通过简支梁桥模型 计入桥梁前10阶的振动模态,桥梁的基频为4.67H z ,与理论值4.78H z 非常接近.桥梁跨中挠度和竖向加速度时程曲线分别见图3和4;车辆模型的竖向位移和加速度时程曲线则分别绘于图5和6.轮桥接触力时程曲线见图7.由于车桥的相互作用,轮桥接触力在车辆所受的重力值附近波动.由图可知,本文方法计算结果与文献[8]及理论解均符合良好,说明本文方法正确、有效.图3 桥梁跨中挠度时程曲线图4 桥梁跨中竖向加速度时程曲线25第4期杨建荣,等:基于A N S Y S 的车桥耦合振动分析图5 车辆竖向位移时程曲线图6 车辆竖向加速度时程曲线图7 轮桥接触力时程曲线4 结束语提出1种基于A N S Y S 的车桥耦合振动分析方法.该方法将A N S Y S 前后处理器的功能与自主程序V B D I P 相结合,形成1个通用分析工具,用于分析车辆和桥梁的相互作用过程.算例分析结果与相关文献吻合,证明以通用有限元软件A N S Y S 为平台,结合自主程序实现车桥振动分析是可行的,为工程界开展车桥振动的相关分析提供某种思路和途径;同时可以简化车桥振动分析过程,便于工程技术人员应用,可为各种类型桥梁车桥振动分析提供参考.参考文献:[1] 曾攀.有限元分析及应用[M ].北京:清华大学出版社,2004.[2] T I M O S H E N K OSP .O nt h e f o r c e dv i b r a t i o n s o f b r i d g e s [J ].P h i l o s o p h i c a l M a g a z i n e ,1922,43(6):1018-1019.[3] F R Y B AL .V i b r a t i o no f s o l i d sa n ds t r u c t u r e s u n d e rm o v i n gl o a d s [M ].G r o n i n g e n(T h eN e t h e r l a n d s):N o o r d h o f f I n t e r n a t i o n a l P u b l i s h i n g ,1972.[4] I N G L I SCE .Am a t h e m a t i c a l t r e a t i s e o n v i b r a t i o n s i nr a i l w a y 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用ANSYS实现车桥耦合空间振动分析
Ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｖｅｈｉｃｌｅ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｎｄ ｓｎａｋｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｋ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｅ
ＡｂｓｔｒａｃＣ
Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｓｏ ａｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅＳｐＯＮＳｅ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ ｂｒｉｄｇｅ·ｃｒｏｓｓｉｎｇ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｄｅｃｋ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｇｉｒｄｅｒ ｗｈｏｓｅ ｓｐａｎ ｉｓ ４０ ｍ．ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｌｅａｒｎｓ ｔｈａｔ ｗｈｉｃｈ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｕｎｔｉｎｇ ＷａＶｅ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ８．２ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ６３ ｋｍ／ｈ，ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ
基于ANSYS有限元分析的耦合装置结构优化设计
基于ANSYS有限元分析的耦合装置结构优化设计作者：高克来源：《西部论丛》2019年第34期摘要：通过分析耦合装置的工作原理，运用Pro/ENGINEER三维建模软件对耦合装置实体建模，采用ANSYS仿真技术对耦合装置进行静力学分析，为设计提供合理的数据支持。
通过优化之后，大大节约材料成本及加工成本，提高了耦合装置在使用时的可靠性，采用有限元分析技术不仅可以减轻工作量，缩短设计周期，而且能提高分析精度。
关键词：耦合装置;ANSYS;有限元分析一、前言隨着国家环保法的出台以及人们对环保的意识不断增强，潜污泵成了人们生活生产中不可或缺的排污机械设备[1]，而应用的范围也越来越广泛，带自动耦合装置安装方式的潜水泵可以让检修人员不用下水就能够对水泵进行检修和安装，然而自动耦合安装却是潜污泵最主要的安装方式，在实际设计和应用中，会有一些设计不合理的耦合装置的存在，从而导致装置漏水或者铸件断裂等问题的出现。
主要的原因就在于没有专业的人指导设计人员、经验不够丰富等等一系列的问题。
利用ANSYS有限元分析软件，在耦合装置设计阶段就可以对其受力进行分析计算，从而能够及时有效的避免缺陷，优化设计，减少人力物力的浪费，耦合装置作为潜水泵安装过程中的重要组成部分，有必要对其进行机械计算校核。
二、工作原理介绍如图1所示，传统的耦合装置包括耦合底座、导杆、耦合滑板、耦合法兰、耦合底座，使用前先将耦合底座固定在水池底部的基础上，采用地脚螺栓固定，将上固定板固定在池口，耦合底座和上固定板之间安装导杆，耦合底座出水口和水管连接，耦合滑板和潜水泵连接，然后将耦合滑板一端和导轨配合，水泵就可以上下移动，水泵放到底部时会和耦合底座配合，使水泵出水口和耦合底座出水口连通，这样在水泵通电启动后就可以将水抽出水池;当需要对水泵进行检修时，只需要提拉水泵上方的吊链就可以将水泵提出水池，检修人员无需下入水池内部。
本次分析的新设计耦合装置工作原理和传统耦合装置相同，只是将原来的刚性导杆换成柔性导链加刚性导杆的组合型导杆，具体结构如图2所示：三、有限元分析本计算利用Pro/ENGINEER软件进行三维实体模型的建立，然后将实体模型导入Ansys Workbench软件中进行有限元仿真。
浅谈ANSYS中车桥耦合振动的实现方法与应用
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用作者：黄江广安区交通运输局摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。
这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。
关键词：位移耦合生死单元位移接触1前言车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。
以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。
2方法介绍位移耦合法位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。
采用位移耦合法时赢注意以下几点：①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。
在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。
②阻尼问题。
ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。
因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。
③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。
如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。
ANSYS耦合详解
ansys学习－耦合与约束方程1 耦合当需要迫使两个或多个自由度取得相同（但未知）值，可以将这些自由度耦合在一起。
耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其它自由度。
典型的耦合自由度应用包括："模型部分包含对称；"在两重复节点间形成销钉、铰链、万向节和滑动连接；"迫使模型的一部分表现为刚体。
如何生成耦合自由度集1.在给定节点处生成并修改耦合自由度集命令：CPGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs在生成一个耦合节点集之后，通过执行一个另外的耦合操作（保证用相同的参考编号集）将更多节点加到耦合集中来。
也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。
用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。
要修改一耦合自由度集（即增、删节点或改变自由度标记）可用CPNGEN命令。
（不能由GUI直接得到CPNBGEN命令）。
2.耦合重合节点。
CPINTF命令通过在每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型中重合节点的耦合。
此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝处）尤为有用。
命令：CPINTFGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes3.除耦合重复节点外，还可用下列替换方法迫使节点有相同的表现方式：o如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令（GUI：MainMenu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items）合并节点。
o可用EINTF命令（GUI：Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd）通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。
o用CEINTF命令（GUI：Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions）将两个有不相似网格模式的区域连接起来。
基于ANSYS_CFX耦合的机翼颤振分析_卢学成
第27卷 第9期计 算 机 仿 真2010年9月 文章编号:1006-9348(2010)09-0088-04基于A N S Y S/C F X耦合的机翼颤振分析卢学成,叶正寅,张陈安(西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072)摘要:在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的“准模态”假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据C F D/C S D一体化设计思想,采用了A N S Y S/C F X紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型A G A R D445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较。
表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明A N S Y S/C F X全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法。
关键词:弹性变形;颤振;强耦合;流固耦合中图分类号:V211.47 文献标识码:AAC o u p l e dA N S Y S/C F XMe t h o dF o r T h e A G A R D445.6Wi n g F l u t t e r C a l c u l a t i o nL UX u e-c h e n g,Y EZ h e n g-y i n,Z H A N GC h e n-a n(N a t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o f A e r o d y n a m i c D e s i g na n dR e s e a r c h,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i'a nS h a n x i710072,C h i n a.)A B S T R A C T:I no r d e r t o a v o i d t h e“q u s i-m o d e”a s s u m p t i o n f o r t h e w i n g f l u t t e r p r e d i c t i o n,a C o u p l e d A N S Y S/C F Xm e t h o d i s e m p l o y e df o r t h e A G A R D445.6w i n g f l u t t e r c a l c u l a t i o n a n d i n v e s t i g a t i o n o f t h e d i f f e r e n t f l u t t e r m e c h a n i s m si nt h es u b s o n i c a n dt r a n s o n i c r e g i o n s.T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s,b o t hi nf l u t t e r f r e q u e n c y a n df l u t t e r s p e e d a r ei ng o o da g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t s.F i n a l a n a l y s i s s h o w st h a t t h ef l u t t e r m o t i o ni nt h e s ub s o n ic r e g i o ni s c h a r a c t e r i z e da sc l a s s i c a l f l u t t e r w i t h a c o m b i n a t i o no f t h e w i n g-b e nd i n g a n d w i n g-t o r s i o n m o t i o n,w h i le t h e t r a n s o n i cf l u t t e r i s c h a r-a c t e r i z e da s ab e n d i n g m o t i o ni n s t a b i l i t y.I t a l s o s h o w s t h a t t h ec o u p l i n g m e t h od i s re l i a b l e t o s o l v e n o n l i n e a rf l u i d-s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n(F S I)p r o b l e m s.K E Y WO R D S:A e r o e l a s t i c i t y;F l u t t e r;S t r o n g-c o u p l e d;F S I1 引言颤振是飞行器飞行时常见的一种气动弹性现象,它对飞行器的破坏是灾难性的。
Ansys电机电磁震动和噪声分析流程
启动ANSYS Workbench
启动Workbench 选择 Windows 开始菜单，点击 All Programes > ANSYS 15.0 > Workbench 15.0 确保Maxwell 2D、Harmonic Response 等求解器，显示在Workbench左侧的窗 口中，如右图。
ANSYS 中国
1
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
启动 Maxwell
导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 启动 Maxwell 双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。
ANSYS 中国
6
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
安装并激活Acoustics ACT选项
在Workbench主界面下，安装噪声计算插件Acoustics ACT。主要该插件只需要安 装一次，若以前安装过，则可以跳过本步骤。 点击 Workbench 菜单Extensions > Install Extension 在弹出的对话框中，选择 ”*.wbex” 文件(例如， ExtAcoustics_150.26.wbex) 。 安装插件 激活Acoustics ACT选项 点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions 在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框
激活 Beta 选项
激活Beta选项 点击 Workbench 菜单Tools -> Options -> Appearance 选中Beta Option前的单选框
189_采用ANSYS程序求解强流固耦合条件下板状元件的流致振动问题
2006 年用户年会论文
6.1 模态分析计算结果
当板状元件模型中的流体为空气时，燃料板与空气间的耦合效应可以忽略，此时板状 元件的基频跟单块板的频率相同，通过比较板状元件模型计算得到的基频与单板频率理论 值可验证程序的可靠性。根据板的振动理论，单板固有频率的理论值为 f=740Hz，流体为 空气时板状元件有限元模型的基频为 f’=719Hz，两者比值为 f’/f=0.974，可见有限元模型获 得的板状元件动态特性与理论解吻合较好，由此验证了程序的可靠性。
图 5 脉动压力时程图
图 6 结点最大横向位移时程图 4
2006 年用户年会论文
压力PSD (KPa**2/Hz)
脉动压力PSD(B栏) VS. 频率(A栏)
3.00E-05
2.50E-05
2.00E-05
1.50E-05
1.00E-05
5.00E-06
0.00E+00 0
10 20 30 40 50 60 频率 (Hz)
[ Keyword ] Fluid-structure coupling, parallel-plate-type assembly, dynamic characteristics, flow-induced vibration
1
1 前言
2006 年用户年会论文
反应堆工程中，平板型燃料组件与传统的棒状燃料组件相比具有传热面积大、输出功 率高、结构简单、稳定性好、便于装卸等特点，但由于燃料板很薄、流道间隙非常小、板 间流速较高，燃料板与冷却剂之间存在强流固耦合作用，流致振动问题更显突出，因此必 须对这种板型燃料组件进行流致振动分析。
本文将采用有限元软件 ANSYS 求解由 21 块燃料板组成的板状元件的流致振动问题。 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件， 可广泛应用于航空航天、机械制造、土木工程、核工程等很多领域的生产设计和科学研究， 它适用的分析领域包括结构静力学、动力学分析、流体动力学分析、热分析、电磁场分析、 声场分析、压电分析及多场耦合分析等，可模拟多种物理介质的相互作用。本文将利用 ANSYS 中的流体声波动分析模块模拟流体与结构间的相互耦合作用，通过非对称矩阵的模 态分析方法获得板状元件的动态特性，在对试验结果进行比较和对模型进行调整后，将试 验获得的流体脉动压力施加到有限元模型上，计算得到板状元件在流体作用下的结构动态 反应，供载荷组合和应力评定时使用。
ANSYS结构声振耦合解决方案
压力-时间曲线
压缩变形-时间曲线
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力传播
波动压应力
粘弹示例1：垂直入射
脉冲压力峰值：3000Pa 脉冲压力时间：0.00001s
压力-时间曲线
压缩变形-时间曲线
粘弹示例1：垂直入射结论
对于不同频率激励，粘弹材料的响应会发生变化； 激励频率越高，粘弹材料的响应滞后就越多；同时，
End of Model Arrival
30
40
50
0
200
400
600
800
1000
计算结果 Time(s)
Fracture Location
实测结Time果(s)
超弹示例4：垂直裂缝计算结果与实测结果
裂缝到井轴15cm
在接收的全波列波形中，可以观察到来自垂直裂缝计的算反结射果纵波
和折射纵波。当裂缝到井轴的距离为15cm时，实验测得反射纵 波的视速度为9.8 km/s，而计算得其视速度为9.7km/s，进一 步的计算结果表明,垂直裂缝距井轴越近，反射纵波的视速度越 大
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
G0
G1
h1
G1
h2
.
.
Gk .
hk
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
计算目的：计算Stoneley波在有水平、垂直 裂缝的井中的反射，并与实测结果进行比较， 为测井研究提供帮助
ansys电机电磁、振动、噪声多物理域自动化耦合分析
Magnetic Field Structural Dynamics
谐响应分析
噪声分析
Acoustic Field
Forces
Displacements
自动化的分析流程
激活噪声计算（ACT）选项
在Workbench页面激活: 1. 选择 “Install Extension …” 选项 2. 打开对话框，选择“*.wbex” 文件 (e.g., ExtAcoustics_150.26.wbex，可以从网上下载) 3. 安装完毕 4. 选择“Manage Extensions …” 选项 5. 激活 ExtAcoustics
Fluid Cooling Phenomena
Electronic
Switching Harmonics
Slot Harmonics Magnetic Unbalance
Stator Rotor Couplings
Modes of Vibration
Bearings
Balancing Dynamic Eccentricity
电机电磁、振动、噪声多物理域 自动化耦合分析
Agenda
• 电机噪声综述
• 电机振动噪声分析流程
• 新的无缝集成的噪声自动化分析流程
• 总结
电机噪声介绍
Noise Sources
Magnetic
Radial
Self Auxiliaries Load Induced
Mechanical
Aerodynamic
径向电磁力计算
• 利用气隙磁通密度计算力密度
• Maxwell张力法
– 计算定子上任意一点的力密度 – 计算气隙上某条线上的力密度 – 计算定子齿尖的力密度
《ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用》
2006年用户年会论文ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用[李亚楠俞新蔡绍元徐志刚][中国五环化学工程公司，湖北武汉 430079][ 摘要 ] 建筑结构上的设备振动所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
常规的结构设计软件不能考虑设备振动所产生的周期载荷，给结构计算带来诸多不便，而ANSYS的谐响应分析很好地解决了设备运转所产生的结构受迫振动问题。
本文通过 ANSYS有限元软件计算分析，采取合理措施，有效地限制了结构受迫振动所引起的楼层振幅。
[ 关键词]ANSYS；谐响应；受迫振动；楼层振幅Application of harmonic response analysis of ANSYS in the forced vibrations of structures[Li Yanan Yu Xin Cai Shaoyuan Xu Zhigang][China Wuhuan Chemical Engineering Corp. , Wuhan Hubei 430079 China][ Abstract ] The vibration of equipments on the architectural structure brings the floor amplitude, it not only brings the hidden trouble for the structural safety, but also affects the natural work of theother equipments. The usual structure design software can not consider periodic loads thatare brought as a result of the vibration of equipments, it brings a lot of trouble to structuralcalculation, however, the harmonic response analysis of ANSYS commendably solves thematters of forced vibrations that are brought as a result of the operation of equipments. Inthis paper, with the calculation and analysis of ANSYS, reasonable measures are taken, it issolved how to effectively restrict the floor amplitude that is brought as a result of forcedvibrations.[ Keyword ] ANSYS; harmonic response; forced vibrations; floor amplitude1前言目前，在石油、化工、电力等工业领域，振动设备在厂房结构中是相当普遍的，而设备振动所产生的周期荷载将在结构系统中产生持续的周期谐响应，由此所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
ANSYS耦合场分析指南
第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。
例如压电分析，考虑结构和电场间的相互作用：求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。
其它耦合场分析的例子有热－应力分析，热－电分析，流体－结构分析。
需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器（热－应力分析），流体流动的压缩（流体结构分析），感应加热（磁－热分析），超声波换能器（压电分析）以及磁体成形（磁－结构分析），以及微电机械系统（MEMS）等。
1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场，但明显可以可分为两类：顺序耦合和直接耦合。
1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析，每一种属于不同物理场的分析。
通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。
典型的例子是热－应力顺序耦合分析，热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。
1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析，利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。
通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。
例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。
另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。
1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况，顺序耦合法更有效，也更灵活。
因为两个分析之间是相对独立的。
例如在热应力顺序耦合分析中，可以先进行非线性瞬态热分析，然后再进行线性静力分析。
可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。
顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行，直到收敛到一定精度为止。
当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。
它使用耦合变量一次求解得到结果。
直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。
这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。
结构分析解决方案
随着制造业的发展，投入设计、生产的新技术复杂度日益增加，产品开发阶段需要验证的物理现象的范围正逐步扩大，困难程度也在不断提高。
为了充分应对这些挑战，CAE已经在各行各业中广泛应用。
今天，CAE已经是产品生命周期中不可或缺的一环。
尤其是在世界发达国家，CAE更是在各行各业中被活学活用。
ANSYS是一家多物理域CAE仿真公司。
ANSYS的软件在世界各地的公司和研究机构广泛应用于结构、振动、热传导、电磁场、压电、声学等物理现象的研究。
上述物理现象的组合就是耦合问题，ANSYS软件能够根据不同的设计目的来灵活地实现这样的耦合分析。
ANSYS提供了名为ANSYS Workbench的集成环境，它把前后处理器和各个领域的求解器集成在其中。
用户可以在统一的环境下运行多物理仿真分析。
这是ANSYS的一大优势。
在产品开发方面，现在的市场竞争需要先进的技术和知识。
为了开发具有竞争力的产品，借助ANSYS的产品优势可以让您事半功倍。
功能对应表ANSYS 的操作环境前处理器各种分析功能多物理场解决方案提高计算效率不同行业的分析案例优化数据管理其它相关产品2 定制后处理器ANSYS Workbench 环境对应的功能。
ANSYS Mechanical APDL 环境对应的功能。
此目录中的产品名称侧重于ANSYS 的功能介绍。
有关每个产品可用许可的功能的更多信息，请参见附录的功能对应表。
相应的运行环境，用以下图标标识。
关于该目录的产品名称Workbench Mechanical APDL ANSYS DesignSpace 线性结构分析、传热分析ANSYS Professional NLS 线性、非线性结构分析、稳态传热分析ANSYS Professional NLT 线性、非线性传热分析、线性结构分析ANSYS Structural ANSYS Multiphysics 所有的分析功能仿真产品学术版线性、非线性结构分析ANSYS Fluent 热流体分析ANSYS CFX 热流体分析ANSYS CFD 热流体分析软件ANSYSLS-DYNA PC Windows 专用跌落、冲击分析ANSYS LS-DYNA 跌落・冲击分析ANSYS Explicit STR ANSYS Workbench 专用冲击分析ANSYS HFSS 高频电磁场分析ANSYS Maxwell 低频电磁场分析ANSYS Icepak 电子设备专用热流体分析ANSYS Academic Teaching 网格划分产品ANSYS Extended Meshing ANSYS Fatigue Module 扩展网格划分器学术版ANSYS Autodyn 爆炸、冲击分析ANSYS Mechanical 结构、传热分析ANSYS CFD-Flo 热流体分析ANSYS Emag 低频电磁场分析ANSYS 产品结构功能扩展选项分析能力※需要单独购买许可证方可使用。
ANSYS结构声振耦合解决方案[精]
![ANSYS结构声振耦合解决方案[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/ebb841c8941ea76e58fa0474.png)
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%
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。
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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
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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%