某型换能器水声压电响应仿真分析的方案对比.pdf

摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算 2006 LMS 首届用户大会论文集
某型换能器水声压电响应仿真分析的方案对比
葛辉良1 白琳琅1 詹福良2
(1 杭州七一五研究所声纳技术国防科技重点实验室 2 LMS 国际公司北京代表处)

1、概述
研究对象是某型压电换能器,在压强为 1Pa 的平面声波作用下换能器的压电输出。由于压电效应单元
LMS 公司不提供相应的解决方案,故本文只分析不同方向平面声波作用下在压电介质表面产生的声压响应
(本报告只列出 1800Hz 和 10000Hz 平面波在 0 入射角度下的仿真计算结果来说明问题),并将结果输出供
进一步的压电电量分析使用。
本分析使用 LMS 公司著名声学软件 SYSNOISE 完成。具体采用了多种不同的解决方案进行对比研究:
1)采用声学有限元(模拟换能器的聚氨酯外套)与直接声学边界元(模拟钢壳支座及换能器聚氨酯外套
构成的水声边界)耦合求解,直接获得多介质水声传播场问题中换能器表面的声压响应,并获得声纳整体
的声场分布;2)采用结构有限元(模拟所有的换能器结构组成:钢壳支座+换能器+聚氨酯外套,并在
SYSNOISE 中用模态坐标求解)与直接/间接声学边界元(模拟钢壳支座及换能器聚氨酯外套构成的水声边
界)耦合求解,获得结构声学耦合问题的结构模态参与因子与换能器表面的位移响应,并获得声纳整体的
声场分布;3)采用直接/间接声学边界元(模拟钢壳支座及换能器聚氨酯外套构成的水声边界)进行纯声
学求解,获得声纳整体的非耦合声场分布。
上述各方案中,1)与 2)的结果都可以进一步结合压电分析单元求解换能器的电荷输出,3)的结果
只为对比声纳整体的非耦合声场分布特性,帮助理解水声问题耦合分析的重要性。


2、分析模型
根据提供的几何外形,建立了相应的分析模型如图。根据结构几何及所考虑问题的对称性,取一半模
型施加对称边界条件来模拟。按照分析要求,在 0-180 度范围内间隔 30 度(如图θ)分别进行声场和压电
介质表面声压的计算。

y
θ
X

图 1 原始几何模型

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图 2 方案 1 的 SYSNOISE 耦合仿真(FEM Fluid+DBEM)分析模型


图 3 方案 2 的 SYSNOISE 耦合仿真(FEM Structure+DBEM/IBEM)分析模型

图 4 方案 3 的 SYSNOISE 纯声学边界元(DBEM/IBEM)分析模型
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3. 不同分析方案/模型的结果比较
各种模型整体声压分布比较(θ= 0°)
下面列出的是各种耦合/非耦合方案在θ= 0°分析结果的声压分布对比:


图 5 θ= 0°平面声波(1800Hz)作用下的整体声压分布对比
左上:Uncoupled IBEM(方案 3);右上:Uncoupled DBEM(方案 3)
左下:Coupled DBEM+FemStru(方案 2);右下:Coupled DBEM+Fe