Связанный расчет упругой пластины с акустической средой

Расчетная схема задачи показана на рисунке. Проводится связанный расчет акустической области в форме параллелепипеда с упругой оболочкой с закрепленными краями. Гармоническая сила воздействует на оболочку, вызывая её вибрацию. Вибрация оболочки вызывает акустическое давление внутри акустической среды. Геометрические размеры модели:

Ширина акустической среды (L_x) 0.5 м;
Высота акустической среды (L_y) 0.3 м;
Глубина акустической среды (L_z) 1.1 м;
Толщина оболочки (h) 0.003 м.

Координаты точки приложения силы 0.100 м , 0.075 м , 0.000 м , координаты точки снятия акустического давления (датчика) 0.125 м , 0.150 м , -0.-755 м.

Построение модели

1. Создайте прямоугольный параллелепипед.

На панели команд выберите модуль построения объёмной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Объём, Действие - Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед.

Укажите необходимые параметры:

Х (ширина): 0.5;
Y (высота): 0.3;
Z (глубина): 1.1.

Нажмите Применить.

2. Переместите объем к началу координат.

На панели команд выберите модуль построения объёмной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Объем, Действие — Преобразовать).

Из списка возможных видов преобразований выберите Переместить.

Задайте следующие параметры:

ID объёма(ов): 1;
Выбрать метод: Расстояние;
Расстояние по X: 0.25.
Расстояние по Y: 0.15;
Расстояние по Z: -0.55.

Нажмите Применить.

Построение сетки

1. На панели команд выберите модуль построения объемной сетки (Режим — Сетка, Объект — Объемная, Действие — Интервалы).

Укажите необходимые параметры:

Задать размер;
Выбор объемов: all;
Примерный размер: 0.025;
Установить размер перед построением сетки.

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

Задание материала и свойств блока

1. Создайте материал.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Материал, Объект — Управление материалами).

В открывшемся окне Управление материалами во второй колонке кликните мышкой по надписи Укажите название материала и напишите «Mat1». Нажмите клавишу ENTER.

В левой колонке выберите Общие и удерживая левую кнопку мыши, перетащите надпись Плотность в Свойства материала. Дважды кликните в поле Значение напротив Плотность и укажите число 1.21. Аналогично из раздела Общие добавьте Скорость звука - 344.

Создайте второй материал «Mat2».

В колонке свойств откройте список Упругость, Изотропный материал и перетащите Модуль Юнга и Коэффициент Пуассона в колонку Свойства материала. Аналогично из раздела Общие добавьте Плотность и Коэффициент демпфирования жесткости.

Заполните свойства следующим образом:

Модуль Юнга: 7e+10;

Коэффициент Пуассона: 0.3;

Плотность: 2700;

Коэффициент постоянного демпфирования 0.001.

Нажмите Применить.

Закройте окно Управление материалами.

3. Создайте первый блок.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Добавить сущность в блок).

Задайте следующие параметры:

ID блока: 1;
Список сущностей: Объём;
ID объекта(ов): 1.

Нажмите Применить.

4. Создайте второй блок.

Задайте следующие параметры:

ID блока: 2;
Список сущностей: Поверхность;
ID объекта(ов): 1.

Нажмите Применить.

5. Задайте параметры первого блока.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока).

Задайте следующие параметры:

ID блока(ов): 1;
Категория: Акустическая среда;
Материал: Mat1;
Порядок: 2.

Нажмите Применить.

6. Задайте параметры второго блока.

Задайте следующие параметры:

ID блока(ов): 2;
Категория: Оболочка;
Порядок: 2.

Задайте свойства оболочки, для этого нажмите на кнопку .

Задайте следующие параметры:

Толщина: 0.003;
Материал: Mat2;
Эксцентриситет: 0.5.

Нажмите Применить.

Закройте окно Задать свойства оболочки.

Нажмите Применить.

Задание набора узлов

1. Задайте набор узлов.

На панели команд выберите модуль управления множествами (Режим — Множества, Объект — Набор узлов, Действие — Управление).

Задайте следующие параметры:

Выбрать: Узел;
ID: 1.

Нажмите Применить.

Задание граничных условий

1. Задайте гармоническую силу.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Точечная сила, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Набор узлов;
ID объекта(ов): 1;
Сила X: 0;
Сила Y: 0;
Сила Z: 1;
Момент X: 0;
Момент Y: 0;
Момент Z: 0.

Нажмите Применить.

2. Задайте гармонический характер силы.

На панели команд выберите модуль задания зависимостей ГУ (Режим — Зависимость ГУ).

В появившемся окне Зависимость ГУ выберите Сила, перейдите во вкладку Формула.

Задайте следующие параметры:

Гармоническая;
Амплитуда (А): 1.0.

Нажмите Применить.

3. Задайте закрепление для оболочки.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Кривая;
ID объекта(ов): 1 2 3 4;
Степени свободы: X, Y, Z.

Нажмите Применить.

Запуск расчёта

1. Задайте тип задачи, которую требуется решить.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Частотный анализ, Частотный анализ — Общие).

Задайте следующие параметры расчета:

Размерность: 3D;
Число собственных частот: 10;
Наименьшее;
Метод: Суперпозиция мод;
Распределение частот: Равномерное с собственными частотами;
Интервал частот: 0 - 400;
Количество шагов: 4000.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчет.

2. В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

3. В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: Calculation finished successfully at "date" "time".

Анализ результатов

1. Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами.

Нажмите Ctrl+E.
В главном меню выберите Расчёт → Открыть результаты.
На панели команд выберите Результаты (Режим — Результаты, Результаты — Открыть результаты).

Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

2. С помощью функции «Найти данные» найдите узел, в котором расположен микрофон фиксирующий акустическое давление.

Для этого на панели команд нажмите на кнопку Найти данные в соответствии с различными критериями из текущего источника - .

В появившемся окне «Найти данные» установите следующие параметры:

Найти: Точка(-и);
Точка;
ближайшее к: 0.125; 0.150; -0.875;
но в пределах эпсилон: 0.1.

Нажмите Запустить выбранный запрос.

Нажмите Закрыть окно "Найти данные".

3. Подключите фильтр Гармонический анализ. Для этого в стандартной строке выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Гармонический анализ.

Для фильтра Гармонический анализ в Дереве во вкладке Свойства укажите:

Копировать активный выбор;
Расчет: Действительная амплитуда и фаза;
Параметры: Амплитуда.

Нажмите Применить.

В появившемся разделе Параметры рядов выберите только Акустическое давление (Амплитуда).

Далее в разделе Диапазон левой оси поставьте галочку на Логарифмическая шкала левой оси.

В результате в правой части экрана получен искомый график.

4. Выведите вынужденную форму распределения акустического давления.

Для этого сначала удалите фильтр Гармонический анализ.

Затем подключите фильтр Частотный анализ. В стандартной строке выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Частотный анализ.

Во вкладке Свойства укажите:

Частота: 154.879;
Расчет: Действительная амплитуда и фаза;
Параметры: Амплитуда.

Нажмите Применить.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно контролировать с помощью консольного интерфейса. Ниже приведён код реализации шагов программного обеспечения, описанных выше. Необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

Скрипт для пошагового примера