Simulace akustiky v COMSOL Multiphysics

Časopis COMSOL NEWS

Časopis COMSOL NEWS.

Denně přijmeme nespočet sluchových vjemů, akustika je všude kolem nás. Méně se však ví, že šíření tlakových vzruchů v kontinuu lze poměrně v tichosti namodelovat. Nejvšestrannějším nástrojem je software COMSOL Multiphysics vyvíjený švédskou společností COMSOL AB. Software totiž kromě Acoustics Module obsahuje nástroje pro dalších 25 různorodých fyzikálních oblastí, které lze navzájem propojovat (tzv. couplovat). Vedle akustiky a strukturální mechaniky jsou to nástroje pro simulace elektromagnetismu, proudění, přestupu tepla, chemických a elektrochemických procesů. Navzdory takto širokému spektru fyzikálních aplikací se vývojářům produktu podařilo vytvořit jednotné intuitivní uživatelské rozhraní. I tím je COMSOL Multiphysics unikátní, protože uživatel nemá šanci poznat, že pracuje s modulárním programem.

Samotný Acoustics Module je navržený pro firmy pracující se zařízeními produkujícími, měřícími nebo manipulujícími s akustickými vlnami. Modelovat lze samozřejmě šíření akustických vln v kapalinách, plynech i pevných látkách. Fyzikální rozhraní jsou v Acoustics Module organizovány do kategorií: pressure acoustics, acoustic-structure interaction, aeroacoustics, thermoviscous acoustics, ultrasound a geometrical acoustics.

Jak využívá ABB coupling v mechanicko-elektromagneticko-akustických simulacích?

Společnost ABB těží z možnosti multifyzikálních simulací v jednom software při vývoji transformátorů, které se používají po celém světě. Z CAD modelu inženýři vytvoří simulaci elektromagnetického pole kolem aktivní části třífázového transformátoru. Simulace elektromagnetismu predikuje magnetostrikci v jádru a Lorentzovy síly na vinutí. Ty vstupují do výpočtu mechanických účinků, které poskytnou informaci o průběhu deformací, které jsou zdrojem šíření akustických vln vystupujících z aktivní části transformátoru do nádrže s olejem a dále do okolí. Více v PDF COMSOL News

Jak vytvořit kvalitní reproduktor?

Model reproduktoru

Model membrány reproduktoru

V pressure acoustics rozhraní se modelují klasické problémy rozptylu, difrakce, radiace, emise a přenosu zvuku. To pokrývá aplikační možnosti návrhu reproduktorů, tlumičů, zvukových izolací, absorbérů a mnoho dalšího.

Jak zkonstruovat ideální zakrytování mechanismu

Rozhraní acoustics-structure interaction dává uživatelům příležitost matematicky modelovat interakci mezi akustickými vlnami v tekutině a elastickým vlněním v pevných látkách. Tato funkcionalita se využívá např. v detailním modelování tlumičů, ultrazvukových piezo-aktuátorů, sonarových technologií, analýze elektro-akustických měničů včetně reproduktorů, senzorů nebo mikrofonů. Stranou nesmí zůstat ani analýza šíření hluku od strojů a strojních součástí. Za zmínku tak stojí propojitelnost s Multibody Dynamics Module nebo Rotor Dynamics Module, díky kterým lze modelovat např. mechanismus převodovky, provést pevnostní návrhy a nakonec optimalizovat konstrukci skříně za účelem minimalizace vibrací a hluku. Vše v jednom programu, s jedním GUI.

Jak na ultrazvuk a simulace interakce proudění s akustikou

Šíření zvuku v domu

Šíření zvuku v rodinném domě

Další z kategorií možných aplikací Acoustics Module je rozhraní aeroacoustics. V něm je možné simulovat interakci proudění a akustického pole (tzv. fluid-borne noise). To vede např. na simulace šíření hluku z tryskových motorů. Další z kategorií, ultrasound, se používá k modelování prostupu akustických vln na dlouhé vzdálenosti (relativně k vlnové délce) – zpravidla šíření ultrazvuku nebo geometricky rozměrné úlohy. Zde se Acoustics Module může opřít o nespojitou Galerkinovu metodu.

Simulace akustiky na velkých či velmi malých geometriích

Zajímavý přístup je implementován v geometrical acoustics rozhraní. To obsahuje tzv. Ray Acoustics přístup a rovnici akustické difuze. Matematicko-fyzikální uchopení těchto jevů je platné pro jevy s vlnovou délkou menší než charakteristický geometrický rozměr modelu. Tuto funkcionalitu využívají především automobilky nebo stavební firmy při návrhu akustiky interiérů. Naopak kategorie v thermoviscous rozhraní umožňuje řešit šíření akustických vln v geometriích velmi malého rozměru, kde se musí brát v úvahu tepelné toky a vazké proudění.

Závěr

Model šíření hluku z jednoduché převodovky

Model šíření hluku z jednoduché převodovky

Kromě zmíněného výčtu kategorií v rámci Acoustics Module nabízí COMSOL Multiphysics celou řadu propojení Acoustics Module s jinými moduly. Díky tomu se stávají řešitelné úlohy interakce s membránou, skořepinou, porézními prostředími, simulace piezoelektrických jevů nebo akustika v rychle přehrazených potrubních systémech. Acoustics Module je dodávaný s rozšířenou knihovnou materiálů a s mnoha příklady pokrývajícím nejběžnější úlohy. Software je vhodný jak pro optimalizaci stávajících zařízení, tak pro návrh nových. Numerické simulace šíření akustického vlnění jsou díky COMSOL Multiphysics dostupnější.

Máte potřebu matematických simulací? Poohlížíte se po efektivnější alternativě Vašeho software pro matematické simulace? Zkuste COMSOL Multiphysics. Kontaktujte nás a najdeme řešení.

Zeptejte se zde

Zkušební licence COMSOL Multiphysics:

  • obsahuje všechny moduly,
  • aktivuje se jednoduše pomocí kódu,
  • poskytuje se jednou na 14 dní,
  • během testování můžete využít naši podporu,
  • posíláme ručně na požádání.

Získat zkušební verzi

Užitečné odkazy

Prozkoumejte možnosti software COMSOL Multiphysics:

Martin Kožíšek (HUMUSOFT), 6.3.2018