ماژول آکوستیک مجموعه‌ای از رابط‌های فیزیکی برای COMSOL Multiphysics است که با دسته‌بندی گسترده‌ای از شبیه‌سازی‌های صوتی در سیالات و جامدات سازگار شده است. این ماژول حتی اگر با تکنیک های محاسباتی آشنا نباشید مفید است. این می تواند به همان اندازه به عنوان یک ابزار عالی برای اهداف آموزشی خدمت کند.
ماژول آکوستیک همچنین شامل بسیاری از فرمول‌بندی‌های تخصصی و مدل‌های مواد است که می‌توانند برای مناطق کاربردی اختصاصی مانند آکوستیک ترموویسکوز مورد استفاده در مبدل‌های مینیاتوری و دستگاه‌های موبایل یا معادلات Biot برای مدلسازی امواج متخلخل استفاده شوند. همچنین شامل بسیاری از کوپلینگ های از پیش تعریف شده بین فیزیک، به نام جفت های Multiphysics، برای مدل سازی، به عنوان مثال، مشکلات ارتعاشی است.
این ماژول از مطالعات هارمونیک زمان (حوزه فرکانس)، فرکانس ویژه، مدال و گذرا برای همه سیالات (بسته به معادلات صوتی حل شده) و همچنین استاتیک، گذرا، فرکانس ویژه، مدال و فرکانس پاسخ برای تجزیه و تحلیل انتشار موج پشتیبانی می کند. در سازه ها
محیط چند فیزیک بیشتر گسترش می یابد زیرا این ماژول چندین روش عددی اختصاصی را ترکیب می کند، از جمله روش اجزای محدود (FEM)، روش المان محدود (BEM)، ردیابی پرتو، و روش اجزای محدود گالرکین ناپیوسته (dG-FEM).
رابط های فیزیکی موجود شامل عملکردهای زیر است:
• | آکوستیک فشار : انتشار امواج صوتی (امواج فشار) را در حوزه فرکانس حل معادله هلمهولتز یا در حوزه زمان برای حل معادله موج اسکالر مدلسازی می‌کند. آکوستیک فشار بسته به فرمول عددی مورد استفاده در طعم‌های مختلفی وجود دارد. این شامل رابط های مبتنی بر المان محدود (FEM) برای مدل های فرکانس و گذرا، یک رابط مبتنی بر عنصر مرزی (BEM) که فقط در حوزه فرکانس استفاده می شود، و یک رابط مبتنی بر فرمول گالرکین ناپیوسته (dG-FEM) که برای شبیه سازی های گذرا استفاده می شود. ماژول آکوستیک دارای کوپلینگ های داخلی بین BEM و FEM است که امکان مدل سازی مشکلات هیبریدی FEM-BEM را فراهم می کند. |
• | برهمکنش آکوستیک ساختار : امواج فشار در سیال را با امواج الاستیک در جامد ترکیب کنید تا مشکلات ارتعاشی را مدل سازی کنید . رابط های فیزیک کوپلینگ های چندفیزیکی از پیش تعریف شده را در رابط مایع-جامد فراهم می کنند. |
• | آکوستیک حالت مرزی : حالت های انتشار و فروریختی را در مجراها و موجبرها پیدا کنید. تجزیه و تحلیل برای آکوستیک فشار کلاسیک، امواج الاستیک، آکوستیک ترموویسکوز، و مشکلات آکوستیک همرفتی وجود دارد. |
• | آکوستیک ترموویسکوز : انتشار دقیق صدا را در هندسه هایی با مقیاس های طول کوچک مدل می کند. این آکوستیک است که شامل تلفات حرارتی و ویسکوزیته است. همچنین با نام‌های میکروآکوستیک ، آکوستیک ویسکوترمال یا ناویر-استوکس تراکم‌پذیر خطی شناخته می‌شود. در حوزه زمان اثرات غیر خطی را می توان گنجاند. |
• | آکوستیک هوا : تأثیر یک جریان متوسط پس‌زمینه را بر انتشار امواج صوتی در جریان، به اصطلاح، آکوستیک همرفتی یا نویز/صدای حامل جریان، مدلسازی کنید. رابط ها برای حل جریان پتانسیل خطی شده، معادلات اویلر خطی شده، و معادلات خطی شده ناویر-استوکس در هر دو حوزه زمان و فرکانس وجود دارند. |
• | نویز ناشی از جریان : نویز ایجاد شده توسط یک جریان آشفته را با استفاده از قیاس Lighthill برای تنظیم یک منبع جریان هواآکوستیک در آکوستیک فشار مدلسازی کنید. |
• | جریان پتانسیل تراکم پذیر : تعیین جریان یک سیال تراکم پذیر، غیر چرخشی و غیر چسبنده. |
• | مکانیک جامدات و امواج الاستیک : حل مسائل مکانیک سازه و انتشار امواج الاستیک در جامدات. |
• | پیزوالکتریک : رفتار مواد پیزوالکتریک را در یک محیط چندفیزیکی برای حل میدان الکتریکی و جفت شدن به ساختار جامد مدلسازی می‌کند. |
• | امواج Poroelastic : در مواد متخلخل، انتشار جفت شده امواج الاستیک در ماتریس متخلخل جامد و امواج فشار در سیال اشباع را مدل می‌کنند. معادلات Biot در اینجا حل می شود. شامل گزینه هایی برای شامل تلفات حرارتی و ویسکوزیته است. |
• | اولتراسوند : در مسائل اولتراسوند انتشار گذرا مهم است و همچنین مهم است که بتوان مدل هایی با طول موج های زیاد را حل کرد. این رابط ها بر اساس فرمول گالرکین یا dG-FEM ناپیوسته هستند. |
• | آکوستیک غیرخطی : با حل معادله وسترولت، پدیده‌های صوتی غیرخطی مانند اثرات غیرخطی تجمعی را مدلسازی کنید. اثرات غیر خطی محلی مانند ریزش گردابی را می توان با استفاده از عملکرد صوتی ترموویسکوز غیرخطی گنجاند. |
• | معادله انتشار آکوستیک : یک معادله انتشار برای توزیع چگالی انرژی صوتی برای سیستم‌های اتاق‌های جفت شده در کاربردهای صوتی اتاق حل کنید. |
• | آکوستیک پرتو : محاسبه مسیر و شدت پرتوهای صوتی در آکوستیک اتاق و همچنین کاربردهای صوتی زیر آب. پاسخ ضربه ای و معیارهای صوتی اتاق را با ویژگی های اختصاصی در پس پردازش تعیین کنید. |
• | آکوستیک لوله : از این رابط فیزیک برای مدل سازی انتشار امواج صوتی در سیستم های لوله از جمله خواص کشسانی لوله استفاده کنید. معادلات به صورت 1 بعدی برای محاسبات سریع فرموله شده اند و می توانند شامل یک جریان پس زمینه ثابت باشند. |
• | جریان آکوستیک : از این قابلیت‌های چندفیزیکی برای جفت کردن آکوستیک فشار یا آکوستیک ترموویسکوز به یک رابط جریان سیال برای مدلسازی جریان آکوستیک، که جریان ناشی از صدا است، استفاده کنید. |
تمام رابط های فیزیک شامل تعداد زیادی از شرایط مرزی هستند. برای کاربردهای آکوستیک فشار، می‌توانید امواج پراکنده را علاوه بر موج کل آنالیز کنید. شرایط امپدانس را می توان برای تقلید یک رفتار صوتی خاص در یک مرز مورد استفاده قرار داد، به عنوان مثال، خواص صوتی گوش انسان یا یک سیستم مکانیکی که توسط یک مدار ساده RCL تقریب شده است. لایه‌های کاملاً منطبق (PML) و لایه‌های جذب، شبیه‌سازی دقیقی از لوله‌های باز و سایر مدل‌ها با دامنه‌های نامحدود ارائه می‌کنند. حوزه مدلسازی شامل پشتیبانی از چندین نوع میرایی و تلفاتی است که در مواد متخلخل (poroacoustics) یا ناشی از تلفات چسبناک و حرارتی (آکوستیک ناحیه باریک) رخ می دهد. برای ارزیابی نتایج مدل‌های آکوستیک فشار،
شکل 1-1: یک مثال کاربردی مدل سازی صدا خفه کن ها است. در اینجا نموداری از مدل صدا خفه کن جذبی از کتابخانه های برنامه های کاربردی مولتیفیزیک COMSOL.
