04 声学仿真之有限元网格划分

00 导读

    接触过有限元分析都知道一个道理，网格疏密会影响求解精度，声学有限元分析自然不会例外。本文研究声学仿真类型的有限元网格划分原则。

01 波长

接触过声学基本知识都知道，声音有频率、波长等物理概念。声场有限元网格划分和声波波长有密切的关系。

波长、声速、频率之间的关系。

02 声学单元

   一阶六面体声学单元。

   二阶六面体声学单元。

   二阶四面体声学单元。

03 网格划分

    声学有限元分析适用于低频声场。随着声波频率增加，为保证求解精度，节点和单元数量需按指数增加，导致求解花费更多的计算资源和时间。

    为获得更好的求解精度，建议线性单元下，每波长至少使用12个单元；二阶单元下，每波长至少使用6个单元。当然这不是一定的，在网格密度较低的情况下，求解可能依然精确，只是需要谨慎。当模型的局部区域存在较大的声压梯度时，比如，管道直径变化，有两个或两个以上的管道连接，要确保这些区域有足够密度的网格。

     声学有限元分析一般要求介质没有流动。静止介质和流动介质中的声波方程是不一样的。不过，当流体流速很低时，可以忽略流动。如果流速很大，应该考虑使用计算流体动力学(CFD)软件来分析。边界元分析能够模拟存在平均流速的声场，但不能模拟涡旋脱落产生的噪声。对于高频问题，统计能量分析方法可能更合适。