声学仿真之阻抗转移(管道声学)

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    本文通过有限元仿真手段，比不同频率和不同声学负载下的声阻抗率，研究了管道声阻抗率的变化规律。声阻抗转移的实质是因为入射波和反射波产生了干涉现象。

01 研究背景

    管内某位置的声阻抗率除了和位置相关外，和管内的声学负载也有关系。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    空气。

04 网格划分

    网格局部如下图所示。对于声学网格，如果使用二阶单元，为保证求解精度，最大网格尺寸应该小于最小波长的1/6。

05 声学条件

    定义Port，并指定声压峰值为1Pa的平面波。

06 仿真分析

    求解管内距离刚性闭口3米位置在1000Hz的声阻抗率。声压幅值为0.8914Pa，振速幅值为0.0044011m/s，根据公式可得声阻抗率幅值仿真解为202.54。

|Z|=202.54

    根据理论公式可得声阻抗率幅值解析解为203.16。解析解和仿真解基本一致。

|Z|=340*1.2/tan(18.48*3)=203.16

    求解管内距离刚性闭口3米位置在680Hz的声阻抗率。可得声阻抗率幅值仿真解为5.618E6。根据理论公式可得声阻抗率幅值解析解为2.775E17。对比起来仿真解和解析解差别很大，其实这是有限元软件求解精度的原因，这种结果实际表明，此频率下此位置声阻抗率极大。

    求解管内距离刚性闭口3米位置在540Hz的声阻抗率。可得声阻抗率幅值仿真解为37.77。根据理论公式可得声阻抗率幅值解析解为37.81。解析解和仿真解基本一致。

07 仿真分析

    定义右端面吸声系数为0.3。左端面声学激励维持不变。

    求解管内距离刚性闭口3米位置在540Hz的声阻抗率。可得声阻抗率幅值仿真解为52.35。和刚性闭口的37.77不一样，表明声阻抗率受声学负载的声阻抗率影响。