ماژول آکوستیک نرم افزار کامسول COMSOL Multiphysics

مقدمه

ماژول آکوستیک نرم افزار کامسول COMSOL Multiphysics مجموعه‌ای از رابط‌های فیزیکی است که با دسته‌بندی گسترده‌ای از شبیه‌سازی‌های صوتی در سیالات و جامدات سازگار شده است.

این ماژول حتی اگر با تکنیک های محاسباتی آشنا نباشید مفید است که می تواند به عنوان یک ابزار عالی برای اهداف آموزشی باشد. این ماژول از مطالعات هارمونیک زمان یا حوزه فرکانس، مودال و گذرا برای فشار سیال و همچنین تحلیل های استاتیک، گذرا، فرکانس ویژه برای سازه ها پشتیبانی می کند.

رابط های فیزیکی موجود در ماژول آکوستیک

• بخش Acoustic-structure interaction: برهم کنش آکوستیک-ساختار ترکیب امواج فشار در سیال با امواج الاستیک در جامد است. رابط فیزیک کوپلینگ های چندفیزیکی از پیش تعریف شده را در رابط مایع-جامد فراهم می کند.

• بخش Boundary mode acoustics: آکوستیک حالت مرزی حالت های انتشار و ناپدید شدن را در مجاری و موجبرها پیدا می کند.

• بخش Thermoviscous acoustics: آکوستیک ترموویسکوز انتشار دقیق صدا را در هندسه‌هایی با مقیاس‌های طول کوچک مدل‌سازی می‌کند. همچنین به عنوان آکوستیک ویسکو-حرارتی، آکوستیک حرارتی یا ناویر استوکس تراکم پذیر خطی شناخته می شود.

• بخش Aeroacoustics: آئروآکوستیک تأثیر یک جریان متوسط ​​پس‌زمینه را بر انتشار امواج صوتی در جریان، به‌اصطلاح نویز/صدای حامل جریان، مدل‌سازی می کند. رابط ها برای حل جریان پتانسیل خطی شده، معادلات اویلر خطی شده، و معادلات خطی شده ناویر-استوکس در هر دو حوزه زمان و فرکانس وجود دارند.

• بخش Compressible potential flow: جریان پتانسیل تراکم پذیر تعیین کننده جریان یک سیال تراکم پذیر، غیر چرخشی و غیر چسبنده است.

• بخش Solid mechanics and elastic waves: مکانیک جامدات و امواج الاستیک حل مسائل مکانیک سازه و انتشار امواج الاستیک در جامدات است.

• بخش Piezoelectricity: پیزوالکتریک مدل رفتار مواد پیزوالکتریک در یک محیط چندفیزیکی برای حل میدان الکتریکی و جفت شدن به ساختار جامد است.

• بخش Poroelastic waves: امواج Poroelastic در مواد متخلخل، انتشار جفت شده امواج الاستیک در ماتریس متخلخل جامد و امواج فشار در سیال اشباع را مدل می‌کنند. معادلات Biot در اینجا حل می شود. شامل گزینه هایی برای شامل تلفات حرارتی و ویسکوزیته است.

• بخش Ultrasound: اولتراسوند در مسائل اولتراسوند انتشار گذرا مهم است و همچنین مهم است که بتوان مدل هایی با طول موج های زیاد را حل کرد. این رابط ها بر اساس فرمول گالرکین یا DG-FEM ناپیوسته هستند.

• بخش Acoustic diffusion equation: معادله انتشار آکوستیک یک معادله انتشار برای توزیع چگالی انرژی صوتی برای سیستم‌های اتاق جفت شده در کاربردهای صوتی اتاق حل کنید.

• بخش Ray acoustics: آکوستیک پرتو جهت محاسبه مسیر و شدت پرتوهای آکوستیک در کاربردهای صوتی اتاق و همچنین آکوستیک زیر آب است. این بخش تمامی پردازش های آکوستیک ساختمانی را انجام می دهد.

• بخش Pipe acoustics: آکوستیک لوله برای مدل سازی انتشار امواج صوتی در سیستم های لوله از جمله خواص کشسانی لوله استفاده کنید. معادلات به صورت 1 بعدی برای محاسبات سریع فرموله شده اند و می توانند شامل یک جریان پس زمینه ثابت باشند. این قابلیت نیاز به اضافه کردن ماژول جریان لوله دارد.

تمام رابط های فیزیک شامل تعداد زیادی از شرایط مرزی هستند. برای کاربردهای آکوستیک فشار می‌توان امواج پراکنده را علاوه بر موج کل تجزیه و تحلیل کنید.

شرایط امپدانس را می توان برای تقلید یک رفتار صوتی خاص در یک مرز، به عنوان مثال، خواص صوتی گوش انسان یا یک سیستم مکانیکی که توسط یک مدار RCL ساده تقریبی شده است، استفاده کرد.

لایه های کاملاً منطبق (PML) شبیه سازی دقیق لوله های باز و سایر مدل ها با دامنه های نامحدود را ارائه می دهند.

حوزه مدلسازی شامل پشتیبانی از چندین نوع میرایی و تلفاتی است که در مواد متخلخل (poroacoustics) یا ناشی از تلفات چسبناک و حرارتی (آکوستیک ناحیه باریک) رخ می دهد.

برای ارزیابی نتایج مدل‌های آکوستیک فشار، می‌توانید میدان دور (فاز و بزرگی) را محاسبه کرده و آن را در نمودارهای میدان دور از پیش تعریف‌شده رسم کنید.

ماژول آکوستیک را می توان در تمام زمینه های مهندسی و فیزیک برای مدل سازی انتشار امواج صوتی در سیالات استفاده کرد.

این ماژول همچنین شامل چندین رابط چند فیزیک است زیرا برای بسیاری از مناطق کاربردی که شامل صدا هستند، متداول است که بین ساختارهای سیال و جامد نیز برهمکنش داشته باشند، میدان‌های الکتریکی در مواد پیزو داشته باشند، تولید گرما داشته باشند یا نیاز به مدل‌سازی مبدل‌های الکتروآکوستیک داشته باشند.

پیشنهاد ویژه

به شما پیشنهاد می کنیم دوره آموزش نرم افزار اودئون ODEON را دیدن نمایید.

کاربردهای معمول ماژول آکوستیک

• کاربردهای خودرو مانند صدا خفه کن، فیلتر ذرات و فضای داخلی خودرو.
• مشکلات پراکندگی، جذب و انتشار صدا.
• کاربردهای آکوستیک ساختمانی مانند مشخصه عایق صدا و پخش کننده صدا. مشکلات کنترل ارتعاش و انتقال صدا. آکوستیک لوله برای سیستم های HVAC.
• مدل سازی بلندگوها، میکروفون ها و سایر مبدل ها. مبدل ها ابزارهایی برای تبدیل یک شکل از انرژی به شکل دیگر (الکتریکی، مکانیکی یا صوتی) هستند. این نوع مشکل در آکوستیک رایج است و یک مشکل چندفیزیکی واقعی است که شامل رابط های الکتریکی، ساختاری و صوتی است.
• Aeroacoustics برای صدای موتور جت، سیستم های صدا خفه کن با جریان غیر همدما و دبی سنج.
• مبدل های پیزو اولتراسوند.
• آلات موسیقی.
• کاربردهای بیوآکوستیک با سونوگرافی و موارد دیگر.
• آکوستیک زیر آب و پروژه های سونار.
• Room acoustics آکوستیک اتاق با استفاده از روش ردیابی پرتو یا رویکرد معادله انتشار صوتی.
• کاربردهای چندفیزیکی پیشرفته مانند فوتوآکوستیک، اپتوآکوستیک، خنک کننده ترموآکوستیک، آکوستو سیالات، جریان و تشعشع آکوستیک، و ناپایداری های احتراق.

با استفاده از کوپلینگ‌های چندفیزیکی کامل در محیط COMSOL Multiphysics، می‌توانید امواج صوتی را با آنالیز الکترومغناطیسی یا آنالیز ساختاری برای برهمکنش آکوستیک-ساختار جفت کنید. ماژول آکوستیک به خوبی با تمام عملکردهای COMSOL Multiphysics یکپارچه می شود.

با ماژول آکوستیک نرم افزار کامسول چه مسائلی را می توانیم حل کنیم؟

رابط‌های ماژول آکوستیک، آکوستیک را در سیالات (هم جریان‌های پس‌زمینه ساکن و هم متحرک) و جامدات کنترل می‌کنند.

رابط های فیزیک برای آکوستیک در سیالات از فرکانس گذرا، ویژه، حوزه فرکانس، تحلیل حالت و تحلیل حالت مرزی در آکوستیک فشار و جریان پتانسیل خطی شده پشتیبانی می کنند.

مشکلات ترموآکوستیک، که شامل تلفات حرارتی و ویسکوز می‌شوند، از تحلیل دامنه فرکانس و فرکانس ویژه پشتیبانی می‌کنند.

مطالعه امواج الاستیک و متخلخل در جامدات همچنین از تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس و فرکانس ویژه پشتیبانی می کند.

رابط های فیزیک برای جامدات از تجزیه و تحلیل استاتیک، گذرا، فرکانس ویژه و پاسخ فرکانسی پشتیبانی می کنند.

علاوه بر این، با استفاده از کوپلینگ‌های از پیش تعریف‌شده بین رابط‌های مایع و جامد، می‌توانید مشکلات مربوط به تعامل آکوستیک ساختار از جمله اتصال به مواد پیزوالکتریک را حل کنیم.

همه دسته ها به صورت مدل های دوبعدی، دوبعدی متقارن محوری و سه بعدی با تفاوت های زیر موجود هستند.

• رابط های تعامل Acoustic-Shell فقط به صورت سه بعدی پشتیبانی می شوند و همچنین نیاز به اضافه شدن ماژول مکانیک سازه دارند.
• واسط های Pipe Acoustics که به ماژول جریان لوله نیاز دارند، در لبه های دو بعدی و سه بعدی وجود دارند.
• در دوبعدی، ماژول دارای رابط های فیزیک درون صفحه ای برای مسائل با تقارن مسطح و همچنین رابط های فیزیک متقارن محوری برای مسائل با تقارن استوانه ای است.
• از رابط های صوتی سیال با هندسه متقارن محوری 1 بعدی و 1 بعدی استفاده می شود.