音響モジュールアップデート

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.3a の音響モジュールでは, 同じモデル内で有限要素と連成することができる境界要素をモデリングするフィジックスインターフェース, 音線音響のインパルス応答プロット, 不連続ガラーキン定式化を用いた圧力音響モデリングのインターフェースが導入されました. 詳細は以下をご覧ください.

音響のための新しい境界要素インターフェース

境界要素法が新しい「圧力音響 (境界要素)」インターフェースの形で音響モジュールに導入されました. 2D, および, 3Dで利用可能なこの新しいインターフェースは, 定数値の材料特性を持つヘルムホルツ方程式を解く周波数領域シミュレーションに適しています. さらに, 散乱問題をモデリングするための 「背景圧力場」を追加するオプションを備えた散乱場定式化も実装されています.

A model of a tonpilz piezo transducer array.

10 kHz で駆動する9つの トンピルツ圧電トランスデューサーのリニアアレイによって生成される空間感度. 9つのトンピルツトランスデューサはすべて圧電材料と固体でモデル化されています. 外装部品の音響効果は「圧力音響 (境界要素)」インターフェースでモデル化されています. 異なるフィジックスはビルトインの「音響-構造境界」マルチフィジックスカップリングを使用して連成されます.

10 kHz で駆動する9つの トンピルツ圧電トランスデューサーのリニアアレイによって生成される空間感度. 9つのトンピルツトランスデューサはすべて圧電材料と固体でモデル化されています. 外装部品の音響効果は「圧力音響 (境界要素)」インターフェースでモデル化されています. 異なるフィジックスはビルトインの「音響-構造境界」マルチフィジックスカップリングを使用して連成されます.
A model of a tonpilz sonar array and a scattering object, created with the Acoustics Module.

トンピルツソナーアレイと散乱物体の相互作用. このモデルでは "音響-ハード " な球体がソースから約30波長離れた位置に配置されます. 左の画像は音圧レベルを示し, 右側の画像は配列の変形を示しています (各行には一定の位相シフトが適用されています).

トンピルツソナーアレイと散乱物体の相互作用. このモデルでは "音響-ハード " な球体がソースから約30波長離れた位置に配置されます. 左の画像は音圧レベルを示し, 右側の画像は配列の変形を示しています (各行には一定の位相シフトが適用されています).

さらに, COMSOL Multiphysics® 5.3 a では, 有限要素法 (FEM) に基づくフィックスインターフェースと境界要素インターフェースをシームレスに連成することができます. これには「音響-構造境界」マルチフィジックス連成を介した振動構造へのカップリングと, 新しい音響 BEM-FEM 境界マルチフィジックスカップリングを介した FEM 音響ドメインへのカップリングが含まれています. このハイブリッドアプローチでは, 必要に応じて FEM か BEM の最適な方法を選択することができます. たとえば, 振動構造の内部を FEM でモデル化して, より一般的な材料特性を可能にする一方で, 外部ドメインは大規模または無限の領域のモデリングに適した BEM を使用してモデル化されます。

BEM を使用する場合は, 対象となるモデリングドメインに隣接するサーフェスのみをメッシュ化すればよいのです. これにより, 大きな体積メッシュを作成する必要性が大幅に軽減されるので, BEM ベースのインターフェースは複雑な CAD ジオメトリの放射および散乱問題のモデリングに特に適しています.

新しい BEM ベースのインターフェースは次のような場合に適しています:

  • 大きな流体ドメインで, FEM ベースの体積メッシュが必要な部分以外
  • FEM ベースの放射条件, または, FEM ベースの完全適合層 (PML) の代替
  • 放射物体から (波長で測って) 遠くに位置する無限壁, または, 無限音響ソフト境界を含むモデル
  • 互いに遠くに位置する放射散乱物体の相互作用のモデルで, FEM ベースの体積メッシュが必要な部分以外

BEM は同じ数の自由度に対して FEM よりも計算が厳しいことに注意してください. ただし, FEM と同様の精度を得るために必要な自由度は, 通常は BEM の場合大幅に少なくなります. BEM は完全充填された密な剛性行列を生成するため, FEM とは異なる専用の数値解法を必要とします. 小・中規模の音響モデルを解く場合, FEM ベースの「圧力音響 (周波数領域)」インターフェースの方が通常は BEM よりも速く同じ問題を解くことができます.

FEM ベースのインターフェースで従来使用されていた全ての専用ポストプロセスツールである, 空間応答評価のための「指向性」プロットや「遠方場」プロットなど, は BEM ベースのインターフェースとともにボックス外で動作します.

A demonstration of the Pressure Acoustics, Boundary Elements interface, new with COMSOL Multiphysics 5.3a. 球面散乱の結果を用いた「圧力音響 (境界要素)」インターフェースのユーザインタフェース: BEM のベンチマークモデルを示しています. 球面散乱の結果を用いた「圧力音響 (境界要素)」インターフェースのユーザインタフェース: BEM のベンチマークモデルを示しています.

ハイブリッド BEM-FEM を用いた音響-構造相互作用

下の図は BEM-FEM アプローチが有用なスピーカーシステムの例を示しています. この場合, キャビネットとドライバーの弾性特性が重要で, 多孔質材料はエンクロージャーの内部で使用されます. スピーカーの内部は「圧力音響 (周波数領域)」インターフェース, または, 「多孔性波」インターフェースの 「多孔質音響」モデルのいずれかで FEM を使用してモデル化することができます. 振動構造はソリッド, シェル, またはその両方でモデル化でき, 外部音響領域は BEM でモデル化できます.

A demonstration of running a vibroacoustics analysis in COMSOL Multiphysics version 5.3a. 外装, 室内音響, キャビネット, ドライバーを含むスピーカの完全な振動音響解析. このモデルは6つのマルチフィジックスカップリングを使用して, 音響 (BEMとFEM), 構造シェル, 固体を連成します. 外装, 室内音響, キャビネット, ドライバーを含むスピーカの完全な振動音響解析. このモデルは6つのマルチフィジックスカップリングを使用して, 音響 (BEMとFEM), 構造シェル, 固体を連成します.
A demonstration of a loudspeaker modeled with the hybrid BEM-FEM. スピーカーキャビネットの変形 (左) , スピーカー内部の音圧レベル, 背面の壁と床近傍の場 (右). スピーカーキャビネットの変形 (左) , スピーカー内部の音圧レベル, 背面の壁と床近傍の場 (右).
A visualization of the sound pressure level from a speaker. 音圧レベルがスピーカーから離れた大きな領域に描かれています. 壁と床は均一な色を使用して視覚化されています. 音圧レベルがスピーカーから離れた大きな領域に描かれています. 壁と床は均一な色を使用して視覚化されています.

「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使った例題のアプリケーションギャラリリンク:
Spherical Scatterer: BEM Benchmark
Tonpilz Transducer Array for SONAR Systems
Vibroacoustic Loudspeaker Simulation: Multiphysics with BEM-FEM
Bessel Panel

音線音響によるインパルス応答プロット

レシーバーデータに基づいてインパルス応答を再構築および可視化する新しい「インパルス応答」プロットを使用して, 音線音響シミュレーションからインパルス応答をポストプロセスすることができるようになりました. 新しい「レシーバー」データセットは, 音線情報を収集し, 仮想マイクの目的を果たし, 「インパルス応答」プロットのデータを与えます.

「レシーバー」データセットは, 音線と有限サイズの球体との間の仮想交点を計算します. 球のサイズは数式 (光線の数, 部屋の容積, 送信元から受信側の距離) に基づいて決定するか, 手動で入力することができます. データセットは音線の到着時間, 記録された強度, 周波数を決定し, 「インパルス応答」プロットで使用されます. このデータセットは外部ツールで使用するためにエクスポートすることもできます. レシーバーに対してユーザ定義の指向性を入力するオプションがあります. レシーバーの位置を簡単に変更できるため, インパルス応答の記録場所を変更するためにモデルを再度求解する必要がありません.

「インパルス応答」プロットは, オクターブ, 1/3 オクターブ, 1/6 オクターブの周波数分解能を使用してレシーバからの音線データを解釈します. 吸収, 散乱係数, ソース電力などの全てのソースと壁特性には同じ分解能を使用する必要があります. プロットは 44100 Hz のデフォルトのサンプリングでのインパルス応答を示しています.

A screenshot of the COMSOL Multiphysics 5.3a GUI with the Small Concert Hall Acoustics tutorial shown.

小さなコンサートホールの音響モデルと「インパルス応答」プロットの設定ウィンドウを示す COMSOL Multiphysics® GUI. インパルス応答の結果が示されています.

小さなコンサートホールの音響モデルと「インパルス応答」プロットの設定ウィンドウを示す COMSOL Multiphysics® GUI. インパルス応答の結果が示されています.


インパルス応答プロットの例のアプリケーションギャラリリンク:
Small Concert Hall Acoustics

新しい圧力音響 (陽的時間発展)インターフェース

新しいフィックスインタフェース 「圧力音響 (陽的時間発展)」は不連続ガラーキン (dG-FEM) の定式化に基づいて, メモリ消費量が少なく, メモリー効率高い陽的な時間領域解法を採用しています. このインターフェースは, 多くの波長を含む大規模な過渡応答の線形音響シミュレーションを解くことができ, 任意の時間依存のソースや場を持つ時間依存のシミュレーションに適しています. 散乱問題をモデリングするために追加された「背景音響場」オプションでは, 効果的な無反射境界条件を与える吸収層を使用することができます. 「遠方場計算」機能と「時間-周波数 FFT」スタディステップを組み合わせることで, 外部散乱遠場を計算することができます. このインターフェースは2D, 2D 軸対称, 3D で使用できます. この新しいインタフェースのための重要なアプリケーションには, 室内音響におけるオーディオパルスの過渡伝播や, 波長を基準とした大きな物体を含む散乱現象などが含まれます.

「圧力音響 (陽的時間発展)」インターフェースは状態の断熱方程式を仮定して線形化オイラー方程式を解きます. 従属変数は音響圧力および音速の摂動です. バルク損失による減衰メカニズムはインターフェースには含まれません. 境界での損失は抵抗タイプの損失のインピーダンス条件でモデル化することができます.


 

潜水艦へ入射する平面波からの散乱場の生成. このアニメーションは 700 Hz でのシミュレーションを示しています. 2000 Hz での同じシミュレーションは 7000万自由度と 25 GB の RAM が必要ですが, これは FEM ベースのモデルに必要な数よりも遥かに小さいです.

「圧力音響 (陽的時間発展)」インターフェースを使った例題のアプリケーションギャラリリンク:
潜水艦散乱:時間領域シミュレーションとFFT

線形化オイラーインターフェースの安定性改善

「線形化オイラー」インタフェースに新たな改良型の数値安定化法が追加されました. 新しいデフォルト安定化スキームは「ガラーキン最小二乗 (GLS) 安定化」です. このスキームは粗いメッシュを持つシミュレーションに対して安定性と収束性を大幅に向上させます. この新しい安定化法はメッシュが多少異なっていてもあまり変わらない解を安定に与えます. 必要に応じて安定化をオフにしたり, オプションの 「風上ペトロフ-ガラーキン (SUPG) 安定化」, または, 「上流拡散 (レガシー)」スキームのいずれかを選択することができます. 新しいデフォルト設定は, 「線形オイラー」インタフェースに基づくほとんどの音響-流れ相互作用問題のモデリングに適しています.


線形化オイラー方程式を安定化させるもう1つの方法は, いわゆる「勾配項抑制 (GTS) 安定化」です. この方法では, 方程式の項 (通常は反作用項) は支配方程式から除かれています. GTS 安定化はこのリリースで改良されて, 除かれた項よりもより安定な制御を与える新しいオプションが加わりました. 背景密度, 圧力, 速度勾配などのタイプに応じて反作用項の除去を選択できるようになりました. また, 方程式の全ての対流項を除去するオプションもあります.


改良された「ガラーキン最小二乗法 (GLS)」安定化を用いた例題のアプリケーションギャラリリンク:
2D ジェットの中の点源:2D せん断層を通る音波の放射と反射

時間領域における線形化オイラーインターフェースの吸収層

「線形化オイラー (過渡)」インターフェースで吸収層が利用可能になりました. 時間領域での開境界を簡単に定義することができます. 吸収層は, スケーリング, 人工数値粘性, 単純なインピーダンス条件の3つを組み合わせて効果的な無反射境界条件を設定します. この方法は, 外向き進行波の数値的反射を最小にします.

 

この線形化オイラー方程式についてのベンチマークモデルでは, 狭いジェットにおける音の放射と反射を解析します. 吸収層を用いて音波の過渡伝播とケルビン・ヘルムホルツ不安定の成長を示します.

「線形化オイラー (過渡)」インターフェースの吸収層を使った例題のアプリケーションギャラリのリンク:
2D ジェットにおける点源:2D せん断層を通る音波の放射と反射

2D 軸対称モデルにおける圧力音響の平面波展開

平面波展開法を用いて2D軸対称モデルにおける平面波散乱問題を解くためのビルトインオプションが新しく加わりました. このオプションでは, 「背景圧力場」, または, 「入射圧力場」機能で使われる平面波を円周モード数による円筒高調波で自動的に展開します. これにより, 軸対称構造を含む大きな散乱問題を数値的に効率的に解くことができます


平面波展開を使った例題のアプリケーションギャラリのリンク:
2D 軸対称物体からの散乱平面波:平面波展開のアプローチ

過渡圧力音響の背景および入射圧力場の新しいオプション

「圧力音響 (過渡)」インターフェースと「圧力音響 (陽的時間発展)」インターフェースに新しいビルトインオプションの「平面波 (単色)」が加わりました. 背景圧力場, または, 入射圧力場として単色平面波を定義します. この新しいオプションは過渡シミュレーションの共通波形の設定を簡素化します. 他の種類の過渡的場が必要な場合, ユーザー定義オプションを使用して解析式または補間データに基づいた任意の場を定義することができます. また, 良好な数値性能を確保するために, 時間発展初期において波の振幅をスムーズに増加させるビルトインランプ機能を備えています.


「平面波 (単色)」オプションを使った例題のアプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/probe_tube_microphone

線形化ナビエ・ストークスおよび熱粘性音響のための材料入力アップデート

「線形化ナビエ・ストークス」, または, 「熱粘性音響」フィジックスインターフェースのいずれかを使用する場合は, 正確で有効な材料データを入力する必要があります. このモデルは本質的に, 温度および圧力変動に応じた圧縮性の正しい挙動を含んでいます. これは条件が等温になる非常に狭いギャップでも, 有効音速が常に正確にモデル化されることを意味します. (等圧) 熱膨張係数と等温圧縮率の材料パラメーターは, オプションとして, 音速と比熱比で (熱力学的定義を使用して) 定義できるようになりました. これにより, これらのパラメーターが明示的に知られていないモデルの設定が簡単になります.


「音速で定義」オプションを使った例題のアプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Aeroacoustics_and_Noise/Helmholtz_resonator_with_flow

指向性プロットにおける線形周波数軸オプション

「指向性」プロットの「カラーとスタイル」セクションで周波数スケールスタイルがログからリニアに変わりました.

A demonstration of the different frequency axis scales for Directivity plots in COMSOL Multiphysics 5.3a.

指向性プロット. ログ周波数軸スケール表示 (左) とリニア周波数軸スケール表示 (右). (データは集中ラウドスピーカードライバーチュートリアルモデルより.)

指向性プロット. ログ周波数軸スケール表示 (左) とリニア周波数軸スケール表示 (右). (データは集中ラウドスピーカードライバーチュートリアルモデルより.)

ソルバーとソルバー提案の改善

自動生成されるソルバー提案が音響インターフェースを含む複数のマルチフィジックスアプリケーションで改善されています. 例えば, 音響構造境界, または, 熱粘性音響-構造境界マルチフィジックスカップリングを使用する場合, 生成されるソルバー提案は, 音響インターフェースが固体, または, シェル/膜インターフェースと連成するかどうかを吟味します. これにより, ソルバー提案を採用すると, 大規模なモデルをメモリを効率活用し, かつ, 高速に求解できます.

全ての過渡音響インターフェースで利用できる「過渡ソルバー設定」セクションが従来よりさらに直感的になりました. 過渡音響インターフェースがマルチフィジックスモデルに関与すると, 連成された問題を求解する際に音響インタフェース用に定義された「過渡ソルバー設定」が自動的に使用されるようになりました. 一例として, 新しいソルバー提案は, 時間領域で求解される振動音響問題に最適ソルバー構成を与えます.

すでに計算されたデータを再利用することによる線形ソルバーの一般的な高速化が新しいバージョンではデフォルトで行われるようになりました. 例えば, MUMPS と PARDISO はソルバーで新しい「プリオーダリングを再利用」オプションを使用できます. これは, ほとんどの音響問題に関連します. 詳細については[研究とソルバーのセクション](/ release / 5.3a / study-and-solvers) を参照してください.

A demonstration of the suggested iterative solver in COMSOL Multiphysics version 5.3a. アプリケーションライブラリの Vented Loudspeaker Enclosure モデルで使用されている反復ソルバー提案. 提案ソルバーを用いると求解時間とメモリ消費が大幅に削減されます. アプリケーションライブラリの Vented Loudspeaker Enclosure モデルで使用されている反復ソルバー提案. 提案ソルバーを用いると求解時間とメモリ消費が大幅に削減されます.


新しい反復ソルバー提案を使った例題のアプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Vibrations_and_FSI/vibrating_micromirror
Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/vented_loudspeaker_enclosure

圧電音響モデルの自動過渡ソルバー設定を使った例題のアプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Ultrasound/flow_meter_piezoelectric_transducers

重要な補強とバグ修正

  • dG 法を用いた陽的時間発展シミュレーションで, COMSOL Multiphysics® バージョン 5.3 と比較して25–30パーセントの高速化
  • dG 法インターフェースを用いた陽的時間発展シミュレーションのクラスター設定をサポート
  • 「対流波動方程式」インターフェースに「内部壁」境界条件と「内部速度」境界条件を追加
  • 2D 軸対称モデルにおける「対流波動方程式」の背景平均流入力の面外成分に, ユーザー定義オプションを追加

更新されたチュートリアルモデル:ベッセルパネル

ベッセルパネルは, 複数のラウドスピーカーを配置して, 音の角分布が1つのスピーカーのものと似ているようにする方法です. このモデルでは, 同じパターンで5つのベッセルパネルを組み合わせることで, 純粋に放射状の音場を近似します. スピーカーは異なる信号で駆動され, そのうちのいくつかは逆相で駆動されます. これにより, ほぼ均一な極遠方場分布が得られます. 更新されたモデルは, BEM-FEM アプローチを使用して, 理想化されたスピーカーパネルからの放射を計算します.

A plot from the Bessel Panel tutorial model. 3D ベッセルパネルの空間指向性 3D ベッセルパネルの空間指向性

アプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Tutorials/bessel_panel

更新されたチュートリアルモデル:集中機械系を用いた集中ラウドスピーカードライバー

これは可動コイルスピーカーのモデルです. 集中パラメーターのアナロジーが, スピーカー構成部品の電気的, および, 機械的挙動を表します. Thiele-Small パラメーター (小信号パラメーター) は集中モデルへの入力として機能します. このモデルでは, 移動質量, サスペンションコンプライアンス, サスペンション力学損失などの機械的なスピーカーコンポーネントは「集中機械系」インターフェースを使用してモデル化されています.

A plot from the Lumped Loudspeaker Driver tutorial model. 等圧面 (スピーカーコーンの上) とサーフェスプロット (スピーカーコーンの下) としてプロットされた圧力場. 等圧面 (スピーカーコーンの上) とサーフェスプロット (スピーカーコーンの下) としてプロットされた圧力場.

アプリケーションライブラリのパス:
Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/lumped_loudspeaker_driver_mechanical

新しいチュートリアルモデル:振動音響ラウドスピーカーシミュレーション (BEM-FEM マルチフィジックス)

このモデルは, ドライバー, キャビネット, スタンドを含むラウドスピーカーの完全な振動音響分析を示しています. 公称駆動電圧を与えて発生するキャビネットとドライバーの音圧レベルをキャビネット内と室外で抽出します. 同様に, キャビネットとドライバーの変形を所定の周波数で抽出します. ラウドスピーカーはその背後にある壁から少し離れたハードフロアにあります. この例ではハイブリッド BEM-FEM アプローチを使用して「固体力学 (シェル)」インターフェースと「圧力音響 (周波数領域)」インターフェース, 「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを連成します. このモデルでは6つのビルトインマルチフィジックスカップリングを使用して, 単一フィジックスインターフェイスを相互に接続します.

A plot from the tutorial model called Vibroacoustic Loudspeaker Simulation: Multiphysics with BEM-FEM. 完全な振動音響シミュレーションを用いてモデル化されたラウドスピーカーから放射された音響場の音圧レベル. 外部の音響は FEM インターフェースと連成した新しい「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使用してモデル化されています. 完全な振動音響シミュレーションを用いてモデル化されたラウドスピーカーから放射された音響場の音圧レベル. 外部の音響は FEM インターフェースと連成した新しい「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使用してモデル化されています.

「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使った例題のアプリケーションギャラリのリンク:
Vibroacoustic Loudspeaker Simulation: Multiphysics with BEM-FEM

新しいチュートリアルモデル:ソナーシステム用トンピルツトランスデューサーアレイ

このチュートリアルでは, 3×3のグリッドに9個のトーンピルツ圧電トランスデューサーのリニアアレイをモデル化します. トランスデューサーは海面下のボックスに配置され, 3つの行全体の位相変化を含む電圧が印加されます. 外部音響は「音響-構造境界」マルチフィジックスカップリングを用いて振動構造と連成した「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使用してモデル化されます. これによりハイブリッド BEM-FEM による完全な系のモデルが設定できます.

A plot from the Tonpilz Transducer Array for Sonar Systems tutorial model.

10 kHz における圧電トンピルツトランスデューサーアレイが作る圧力場.

10 kHz における圧電トンピルツトランスデューサーアレイが作る圧力場.

「圧力音響 (境界要素)」インターフェースを使った例題のアプリケーションギャラリのリンク:
ソナーシステム用トンピルツトランスデューサーアレイ

新しいチュートリアルモデル:小コンサートホールの音響

このチュートリアルモデルは「音線音響」フィジックスインターフェースを使用して小さなコンサートホールの音響を分析し, 新しい「インパルス応答」プロット機能を含んで更新されました. モデル設定では無指向性音源, 鏡面反射, 拡散散乱の壁境界条件, 境界上音圧評価, 「レシーバーデータセット」, 「インパルス応答」プロット, エネルギー減衰曲線が設定されています. 単純な残響時間推定値と計算結果を比較します.

A plot from the Small Concert Hall Acoustics tutorial model. ポストプロセッシングでの「レシーバー」データセットとインパルス応答プロットを使用してプロットされた小コンサートホールのインパルス応答. ポストプロセッシングでの「レシーバー」データセットとインパルス応答プロットを使用してプロットされた小コンサートホールのインパルス応答.

アプリケーションギャラリのリンク:
小コンサートホールの音響

新しいチュートリアルモデル:潜水艦散乱 (時間領域シミュレーションおよびFFT)

このモデルは潜水艦の船体からの平面波の散乱を解析し, 散乱場と空間応答を決定します. このモデルは「圧力音響 (陽的時間発展)」インターフェースを使用して, 時間領域でこの大きな音響モデルをモデル化します. 次にFFT スタディを使用して結果を周波数ドメインに変換し, 散乱場を「遠方場計算」機能で分析します.

A plot from the tutorial called Submarine Scattering: Time-Domain Simulation and FFT.

700 Hz で12 周期の単色背景場シミュレーション後の散乱圧力場. 潜水艦は全長 32 m です.

700 Hz で12 周期の単色背景場シミュレーション後の散乱圧力場. 潜水艦は全長 32 m です.

アプリケーションギャラリのリンク:
潜水艦散乱:時間領域シミュレーションおよびFFT

新しいチュートリアルモデル:粘性および熱減衰を持つ振動 MEMS マイクロミラーの過渡挙動

マイクロミラーは光学部品を制御するためにある種の MEMS デバイスで使用されます. 空気で囲まれた振動マイクロミラーであるこのモデル例は, 最初に短時間駆動された後に減衰振動を示すミラーを示しています. 「熱粘性音響 (過渡)」を使用します. 「圧力音響 (シェル) (過渡)」インターフェースは時間領域における流体と固体の相互作用をモデル化するためのインターフェースです. 「熱粘性音響」インターフェイスを使用して, 周囲の空気との関係でミラーの粘性と熱の減衰の詳細が得られます.

Plots from the tutorial called Vibrating Micromirror with Viscous and Thermal Damping: Transient Behavior. ある与えられた時刻におけるマイクロミラーの変位と圧力分布を色で示します. ミラー変位の過渡的な変化がグラフに示されており, 熱的, および, 粘性的な損失による減衰振動を示しています. ある与えられた時刻におけるマイクロミラーの変位と圧力分布を色で示します. ミラー変位の過渡的な変化がグラフに示されており, 熱的, および, 粘性的な損失による減衰振動を示しています.

アプリケーションギャラリのリンク:
粘性および熱減衰を持つ振動マイクロミラー:過渡挙動

新しいチュートリアルモデル:2D軸対称物体からの平面波散乱 (平面波展開アプローチ)

円柱状の物体からの平面波散乱の問題は2Dの軸対称定式化でモデル化することができます. これにより, 3D空間内のモデルと比較して計算時間を節約し, メモリ使用量を削減することができます. この例では, ビルトインの平面波展開機能を使用して問題を解く方法を示します. またスタディとポストプロセスに必要なステップを示します.

A plot from the tutorial called Plane Wave Scattering off a 2D Axisymmetric Object: Plane Wave Expansion Approach.

平面波分解を使って計算した2D軸対称ジオメトリの散乱圧力場.

平面波分解を使って計算した2D軸対称ジオメトリの散乱圧力場.

アプリケーションギャラリのリンク:
2D軸対称物体からの平面波散乱:平面波展開アプローチ

新しいチュートリアルモデル:かすり背景流れのある音響ライナー

このモデルは, かすり流れを持つ音響ライナーの音響特性を計算する方法を示します. ライナーは細いスリットを備えた8つの共振器から成り, 背景流れはマッハ数0.3です. ライナー上の音圧レベルを計算し, 公開された研究論文の結果と比較します. モデルはまず CFD モジュールに含まれている SST 乱流モデルを使用して流量を計算します. 音響は音響モジュールの「線形化ナビエ・ストークス (周波数領域)」インターフェースを使用して計算します.

このモデルの実行には CFD モジュールが必要です.

 

平面波としての音速変動は, ライナーの最初の4つの共振器の上を伝播します. カラープロットは速度振幅を示し, 矢印は速度ベクトルを示します. ライナーの表面の穴の近くで, 流れの音響相互作用によって渦が生成されます.

アプリケーションギャラリのリンク:
かすり背景流れのある音響ライナー

新しいチュートリアルモデル:コリオリ流量計

質量流量計または慣性流量計としても知られているコリオリ流量計は, それを通って流れる流体の質量流量を測定するために使用されます. これは振動する管を通る流体の慣性が, 質量流量に比例して管をねじるようにするという事実を利用します. 典型的には密度, 体積流量もこのデバイスを用いて評価することができます.

このモデルは曲線ジオメトリによる一般的なコリオリ流量計をシミュレートする方法を示しています. 流体が弾性構造体を通過するとき, ダクトが曲がっていると, 振動の際のダクトの動きと相互作用します. ダクト上の2点の変形の間の位相差はコリオリ効果によって引き起こされ, それを使ってシステムを通る質量流量を評価することができます.

このモデルでは「線形化ナビエ・ストークス (周波数領域)」インターフェースをビルトインのマルチフィジックスカップリングを使用して「固体力学」インターフェースに連成して使用します. 背景平均流れは「乱流流れ (SST)」インターフェースを使用してモデル化します. このようにして流体- 構造相互作用 (FSI) を周波数領域において効率的にモデル化することができます.

 

_ 3つの質量流量のためのコリオリ流量計パイプの運動. この流量計は構造体の自然振動数で駆動します. 変形振幅および位相は可視化のために誇張されています. 流量が増加すると上流と下流の位相差が増加します._

アプリケーションギャラリのリンク:
コリオリ流量計:周波数領域の FSI シミュレーション

新しいチュートリアルモデル:流体-流体弾性パイプの分散曲線

弾性壁を持つ流体充填パイプの分散曲線を計算し, 純粋な弾性導波路および音響導波路の解析結果とをそれぞれ比較します. 結果は良好な一致を示し, 中低域での流体充填パイプの動力学についての考察も行います.

Plots from the Dispersion Curves for a Fluid-Filled Elastic Pipe tutorial model. 流体で満たされたパイプ内の4つの異なる結合した振動音響伝搬モード. 流体で満たされたパイプ内の4つの異なる結合した振動音響伝搬モード.

アプリケーションギャラリのリンク:
流体充填パイプの分散曲線