如何在ANSYS中实现完美匹配层(PML)

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完美匹配层：在1994年，Berenger J. P. 从求解电磁场的麦克斯韦方程组出发，提出了另一个吸收边界的策略，叫做完美匹配层(perfect matched layer, PML)。他的想法是基于有限电导率的介质中的电磁波存在的衰减行为。若在求解域边界上放置这样一层损耗层，并想办法抑制掉损耗层交界处的反射，那么就能够达到吸收掉出射波的目的。在声波和弹性波中完美也具有类似的完美匹配层的概念。关于完美匹配层的详细解释可以参考这篇引用过万的文章：Berenger, J.-P. (1994). A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves. J. Comput. Phys. 114, 185–200.

计算模型：本文模型是一个具有声平面波的管道，如下图1所示，采用声学单元FLUID30进行网格划分。两端为PML层设置。这里PML层的设置是通过FLUID30单元的KETOPT（4）进行设置的，即：et,2,30,,1,,1。相应KETOPT如图2所示。

（完整的APDL命令流在文后，读者可自行提取进行练习。）

技能掌握：

基本网格划分模型建立
PML层的设置
结果提取路径设置
声学单元使用
节点耦合
谐响应求解分析

图1:计算模型及声压提取路径

图2：FLUID30单元的KEYOPT设置详情

计算结果：若设置PML层，波在管道中传播时是没有幅度损失，我们沿着管道路径提取了相应的声压幅值，如图3，表面声压无损失，表明了PML在这种情况下的应用。

图3：沿管道路径的声压幅值提取

完成的APDL命令流：

finish/clear
MAT_SONC = 343MAT_DENS = 1.2
VAL_FREQ = 10000VAL_WAVE = MAT_SONC/VAL_FREQ
DIM_RADIUS = 0.01DIM_LENGTH = 0.05DIM_MESH = VAL_WAVE/20
VAL_KR   = 2*acos(-1)*DIM_RADIUS/VAL_WAVEVAL_IMP  = MAT_DENS*MAT_SONC
/view,1,1,1,1/pnum,type,1/num,1
/prep7et,1,30,,1
! *** PMLet,2,30,,1,,1 !通过keyopt4进行PML层设置r,1r,2mp,sonc,1,MAT_SONC !声速度mp,dens,1,MAT_DENSmpcopy,,1,2
cylind,,DIM_RADIUS,,DIM_LENGTH,,90cylind,,DIM_RADIUS,DIM_LENGTH,DIM_LENGTH+VAL_WAVE,,90cylind,,DIM_RADIUS,,-VAL_WAVE,,90nummrg,kp
vsel,u,loc,z,0,DIM_LENGTHvatt,2,2,2vsel,allesize,DIM_MESHvmesh,all
! *** PMLasel,s,loc,z,-VAL_WAVEasel,a,loc,z,DIM_LENGTH+VAL_WAVEnsla,s,1d,all,pres,0
asel,s,loc,z,0nsla,s,1cp,next,pres,allf,ndnext(0),flow,1finish
/soluantype,harmicharfrq,0,VAL_FREQnsubst,1kbc,1allsel,allsolvefinish
/post1set,last,,,amplpath,AXIAL,2,,100ppath,1,,0,0,0ppath,2,,0,0,DIM_LENGTHpdef,PRES,pres/yrange,0,40 !Y轴坐标范围/title,Should be constant valueplpath,PRES

来源：芷行说

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首次发布时间：2023-09-12