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COMSOL Multiphysics® 6.2 Release Highlights

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Neuerungen im Acoustics Module

Für Nutzer des Acoustics Module führt COMSOL Multiphysics® Version 6.2 eine neue frequenzabhängige Bedingung Impedance für die Druckakustik im Zeitbereich, ein neues anisotropes Materialmodell im Interface Poroelastic Waves und eine neue Randbedingung Port für eine verbesserte Modellierung der Aeroakustik auf der Grundlage einer linearisierten Potentialströmung ein. Hier erfahren Sie mehr über diese und weitere Updates.

Frequenzabhängige Impedanzbedingungen im Zeitbereich

Für die Interfaces Pressure Acoustics, Transient und Pressure Acoustics, Time Explicit gibt es neue Funktionen für die Angabe und Einstellung von frequenzabhängigen Impedanzbedingungen im Zeitbereich. Die Funktionalität bietet eine rationale Approximation der Daten im Frequenzbereich, was zu einem System gewöhnlicher Differentialgleichungen (Memory Equations für die inverse Fourier-Transformation) führt, das im Zeitbereich gelöst wird. Eine neue Funktion zur Anpassung oder Interpolation wurde hinzugefügt, um die Transformation von Daten aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich durchzuführen, wobei die Anpassung auf einer Variante des adaptiven Antoulas-Anderson- (AAA-) Algorithmus beruht. Diese neue Funktionalität wird in dem aktualisierten Tutorial-Modell Wave-Based Time-Domain Room Acoustics with Frequency-Dependent Impedance vorgestellt.

 
Ausbreitung eines Gauß-modulierten Schwingungsimpulses mit einer maximalen Frequenzauflösung von bis zu 1400 Hz.

Die Randbedingung Impedance in den Interfaces Pressure Acoustics, Transient und Pressure Acoustics, Time Explicit kann jetzt verwendet werden, um realistische Oberflächeneigenschaften zu modellieren, wie die einer absorbierenden Platte oder einer anderen Oberfläche, die frequenzabhängige Absorptionseigenschaften aufweist. Es stehen zwei neue Optionen zur Verfügung, Serial coupling RCL und General local reacting (rational approximation), wobei letztere auf einer speziellen Transformation der Oberflächenimpedanzdaten beruht, die mit der neuen Funktion Partial Fraction Fit erreicht werden kann. Diese neue Funktionalität ist essentiell für die Modellierung von realistischen wellenbasierten Raumakustiksimulationen im Zeitbereich.

Die Funktion Partial Fraction Fit transformiert Daten aus dem Frequenzbereich in eine Form, die für eine Analyse im Zeitbereich geeignet ist. Die Funktion führt eine rationale Approximation der Antworten im Frequenzbereich durch. Dadurch ist es möglich, die inverse Fourier-Transformation analytisch zu berechnen und so die Impulsantwortfunktion im Zeitbereich zu erhalten. Der Anpassungsalgorithmus kann für alle Daten verwendet werden, ist aber besonders wichtig und nützlich für Oberflächenimpedanzdaten in Akustiksimulationen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit einem hervorgehobenen Knoten Impedance, das entsprechende Einstellungsfenster, einen 1D-Plot und ein Raummodell im Grafikfenster.
Die Randbedingung Impedance im Interface Pressure Acoustics, Time Explicit. Die erforderlichen Daten für die Bedingung General local reacting (rationale approximation) werden direkt aus der Funktion Partial Fraction Fit importiert, die die Frequenzbereich-Admittanz anpasst.

Anisotropes poroelastisches Materialmodell im Interface Poroelastic Waves

Das Interface Poroelastic Waves wurde um ein neues Materialmodell erweitert: Anisotropic Poroelastic Material. Viele poröse Materialien, wie beispielsweise Fasermaterialien, weisen anisotrope Eigenschaften auf. Die anisotropen Eigenschaften können nun sowohl für die elastischen Matrix-Materialeigenschaften als auch für die relevanten poroakustischen Eigenschaften definiert werden, d.h. den Strömungswiderstand, den Tortuositätsfaktor und die viskose charakteristische Länge. Sie können sich dieses Materialmodell in dem neuen Tutorial-Modell Transverse Isotropic Porous Layer ansehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Anisotropic Poroelastic Material, das entsprechende Einstellungsfenster, einen 1D-Impedanzplot und einen 2D-Gesamtschalldruckplot im Grafikfenster.
Das Modell Anisotropic Poroelastic Material, bei dem die Eigenschaften der porösen Matrix für das modellierte faserige Material anisotrop sind.

Neu strukturiertes Interface Poroelastic Waves

Das Interface Poroelastic Waves wurde neu strukturiert, um seine Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Funktionen, die sich auf eine poröse elastische Matrix beziehen, und solche, die auf sättigende Fluide anwendbar sind, befinden sich jetzt in separaten Menüs. Außerdem können diese Funktionen auf denselben Rand angewendet werden, um eine Vielzahl von gemischten Bedingungen zu definieren. Die folgenden Tutorial-Modelle veranschaulichen dieses Update:

Bedingung Port für das Interface Linearized Potential Flow

Das Interface Linearized Potential Flow wurde um eine Randbedingung Port ergänzt. Die Bedingung Port wird verwendet, um bestimmte akustische Moden anzuregen und zu absorbieren, die in Wellenleiterstrukturen, wie zum Beispiel einen Turbofan-Kanal oder andere Kanalstrukturen, eintreten oder diese verlassen. Diese Funktionalität ist für konvektive Akustiksimulationen auf der Grundlage der linearisierten Potentialströmung anwendbar. Für eine vollständige akustische Beschreibung werden mehrere Port-Bedingungen auf denselben Rand angewendet, um die modale Zerlegung der Lärmquellen zu erleichtern. Innerhalb des untersuchten Frequenzbereichs können alle relevanten Ausbreitungsmoden berücksichtigt werden. Das Interface Linearized Potential Flow, Boundary Mode wird verwendet, um die sich ausbreitenden und nicht ausbreitenden Moden zu analysieren und zu identifizieren. Sie können diese neue Funktion in dem Tutorial-Modell Flow Duct sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit einem hervorgehobenen Knoten Port, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Modell eines Strömungskanals für ein Turbojet-Triebwerk im Grafikfenster.
Die neue Randbedingung Port im Interface Linearized Potential Flow, Frequency Domain. Hier wird sie zur Untersuchung der modalen Übertragung eines Strömungskanals eines Turbojet-Triebwerks verwendet.

Ein Modell des Einlasses eines Turbojet-Triebwerks, das die modale Schallübertragung in der Farbtabelle Wave zeigt.
Simulation der modalen Schallübertragung in einem Turbojet-Triebwerk-Einlassmodell. Die Ergebnisse stammen aus dem Tutorial-Modell Flow Duct, in dem die neue Randbedingung Port verwendet wird.

Impedanzbedingung im Interface Linearized Potential Flow, Boundary Mode

Die Randbedingung Impedance kann jetzt zum Interface Linearized Potential Flow, Boundary Mode hinzugefügt werden, wenn Sie ausbreitende und nicht ausbreitende Moden berechnen. Es ist nützlich, diese Bedingung in Kombination mit den Randbedingungen Port im Interface Linearized Potential Flow, Frequency Domain hinzuzufügen, wenn Sie ein Wellenleitersystem mit realistischen ausgehenden und einfallenden Moden in ausgekleideten Wellenleiterkonfigurationen anregen.

Feature Slip Wall für nicht-ideale Wandbedingungen in der thermoviskosen Akustik

Für die thermoviskose Akustik steht eine neue Randbedingung Slip Wall zur Verfügung, um die effektiven nicht-idealen Wandbedingungen zu modellieren, die im Regime der Gleitströmung existieren, sofern die Knudsen-Zahl im Bereich von 0,001 bis 0,1 liegt. Diese Bedingung wird für Systeme mit sehr kleinen geometrischen Abmessungen oder Systeme, die bei sehr niedrigem Umgebungsdruck laufen, verwendet. Dies ist zum Beispiel bei der Modellierung von MEMS-Wandlern und anderen Mikrosystemen von Bedeutung, wie im Tutorial MEMS Microphone with Slip Wall zu sehen. Um Slip Wall an einem inneren Rand zu modellieren, können Sie die Bedingung Interior Slip Wall verwenden. Die neue Funktion Slip Wall können Sie sich im Tutorial-Modell Viscous Damping of a Microperforated Plate in the Slip Flow Regime ansehen.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Slip Wall, das entsprechende Einstellungsfenster und ein MEMS-Mikrofonmodell im Grafikfenster.
Verwendung der Funktion Slip Wall für die Modellierung der Dämpfungseigenschaften einer mikroperforierten Platte (MPP). Die Bedingung Slip Wall ist essentiell für die Modellierung der Akustik in MEMS-Geräten.

Feature Surface Tension in der thermoviskosen Akustik

Ein neues Feature Surface Tension im Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain fügt die notwendige innere Bedingung für die Modellierung der Grenzfläche zwischen zwei Fluiden einschließlich der Oberflächenspannungseffekte hinzu. Diese akustische (Störungs-)Formulierung der Young-Laplace-Gleichung beruht auf einer Linearisierung um die stationäre Form der Fluid-Fluid-Grenzfläche. Diese Eigenschaft ist wichtig bei der Modellierung kleiner, gekrümmter Grenzflächen zwischen zwei verschiedenen nicht mischbaren Fluiden, wie Mikrobläschen oder Mikrotropfen, zum Beispiel bei Tintenstrahlanwendungen. Das neue Tutorial-Modell Eigenmodes in Air Bubble with Surface Tension veranschaulicht diese Funktion.

 
Modenform einer Mikroblase, gelöst mit dem neuen Feature Surface Tension.

Neue Option RCL für die Impedanz im Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain

Die Randbedingung Impedanz im Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain wurde um die Option RCL erweitert. Diese Bedingung ist nützlich für die Modellierung der Wechselwirkung zwischen einem akustischen Feld und einfachen Feder-Masse-Dämpfer-Systemen mit einer Lumped-Repräsentation. So können Sie beispielsweise die Wechselwirkung zwischen akustischen Strukturen und einem Mikrofonmodell modellieren, indem Sie die flexible Membran des Mikrofons vereinfacht darstellen.

Feature Flame Model im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain

Ein neues Feature Flame Model im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain ermöglicht die Definition einer Wärmequelle unter Verwendung eines Flammenmodells, typischerweise für die Stabilitätsanalyse in einer Verbrennungsanlage. Die Wärmequelle hängt vom akustischen Feld ab und wird mithilfe des n-tau-Modells definiert. In Verbrennungsmotoren hängt die Wärmefreisetzung von den akustischen Schwingungen der frischen Brennstoffzufuhr ab, und die akustischen Schwingungen werden durch die Wärmefreisetzung beeinflusst. Dies kann dazu führen, dass die akustischen Schwingungen entweder instabil oder gedämpft werden. Sehen Sie sich diese Funktion in dem neuen Tutorial-Modell Active Flame Validation an.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Flame Model, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 2D-Plot, der die Interaktion zwischen einem akustischen Feld und der von einer Flamme erzeugten Wärme zeigt.
Das neue Feature Flame Model im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain.

Neue und verbesserte Multiphysik-Kopplungen und -Funktionalität

Die Kopplungen Acoustic FEM-BEM Boundary und Acoustic-Structure Boundary enthalten jetzt die Option, Unterfunktionen hinzuzufügen. Außerdem enthält das Acoustics Module jetzt zwei neue Multiphysik-Kopplungen, die den Modellierungs-Workflow vereinfachen.

Multiphysik-Kopplung Acoustic–Thermoviscous Acoustic Boundary für Baugruppen

Eine neue Randpaar-Version der bereits verfügbaren Kopplung Acoustic-Thermoviscous Acoustic Boundary wurde hinzugefügt. Diese Kopplung ist für die Modellierung von Baugruppen mit nicht konformen Netzen geeignet.

Neue Multiphysik-Kopplung Thermoviscous Acoustic–Thermal Perturbation Boundary

Eine neue Multiphysik-Kopplung Thermoviscous Acoustic-Thermal Perturbation Boundary wurde hinzugefügt, um die akustischen Temperaturschwankungen in Fluiden mit den Temperaturschwankungen in Festkörpern zu koppeln. Diese Kopplung wirkt als Interaktion zwischen dem Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain oder dem Interface Thermoviscous Acoustics, Transient und dem Interface Heat Transfer in Solids. Diese neue Kopplung ist beispielsweise für fortgeschrittene Akustiksimulationen von thermoakustischen Motoren und Pumpen nützlich. Sie können diese Funktionalität in dem aktualisierten Tutorial-Modell Thermoacoustic Engine and Heat Pump sehen.

Innere Impedanz für die Multiphysik-Kopplung Acoustic FEM–BEM Boundary

Bei der Kopplung von Druckakustikmodellen, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Randelemente-Methode (BEM) basieren, mithilfe der Multiphysik-Kopplung Acoustic FEM-BEM Boundary, kann nun eine Impedanz-Subfunktion zwischen den beiden Gebieten hinzugefügt werden. Dadurch wird die Einsatzmöglichkeit der hybriden FEM-BEM-Modellierungsstrategie erweitert, die nützlich für große akustische Probleme ist.

Thermoviskose Randschichtimpedanz für die Multiphysik-Kopplung Acoustic–Structure Boundary

Bei der Kopplung einer vibrierenden Struktur mit einem akustischen Gebiet mithilfe der Multiphysik-Kopplung Acoustic-Structure Boundary kann jetzt eine Unterfunktion Thermoviscous Boundary Layer Impedance zur Multiphysik-Kopplung hinzugefügt werden. Dies vereinfacht die Einrichtung großer Vibroakustikmodelle, bei denen thermoviskose Verluste mit der homogenisierten Randbedingungsformulierung der thermoviskosen Randschichtimpedanz einbezogen werden. Diese Funktionalität ist auch wichtig für die Beschleunigung bestimmter Formoptimierungsprobleme oder für schnellere Näherungssimulationen. Sehen Sie sich diese neue Ergänzung im Tutorial-Modell Piezoelectric MEMS Speaker an.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Unterknoten Thermoviscous Boundary Layer Impedance, dem entsprechenden Einstellungsfenster und einem piezoelektrischen MEMS-Lautsprechermodell im Grafikfenster.
Das neue Feature Thermoviscous Boundary Layer Impedance für die Multiphysik-Kopplung Acoustic-Structure Boundary.

Neues Feature Receiver im Interface Ray Acoustics

Ein neues physikbasiertes Feature Receiver im Interface Ray Acoustics verbessert die Leistung bei der Analyse einer Impulsantwort erheblich. Diese Funktion wird verwendet, um die Ränder einer Empfängerkugel in der Geometrie zu definieren, wenn Sie die Physik einrichten. Der Empfänger sammelt während der Simulation Informationen über die kreuzenden Strahlen (Ankunftszeit und Leistung). Diese Informationen werden dann für die Berechnung der Impulsantwort in der Ergebnisanalyse verwendet. Die kombinierte Berechnungs- und Ergebnisanalysezeit (für die Berechnung von Impulsantworten, die Darstellung von Strahlenbahnen und mehr) für das Modell Chamber Music Hall ist von 18 Stunden (bei Verwendung von Version 6.1) auf 2 Stunden (mit Version 6.2) gesunken. Die Zeit für die Analyse der 10 Impulsantworten ist von 16 Stunden auf 30 Minuten gesunken (für 2 Quellen und 5 Empfänger, insgesamt 10 Paare, unter Verwendung von 46.000 Strahlen und 18 Bändern mit einer 1/3-Oktave-Auflösung). Das Feature Receiver wird auch in dem aktualisierten Tutorial-Modell Small Concert Hall Acoustics vorgestellt.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Receiver, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Modell eines Konzertsaals im Grafikfenster.
Die Einstellungen für das Feature Receiver für das Tutorial-Modell Chamber Music Hall.

Neues Feature Release from Pressure Field im Interface Ray Acoustics

Das neue Feature Release from Pressure Field wird verwendet, um realistische Quellen im Interface Ray Acoustics zu erstellen. Die realistischen Quelleninformationen werden zunächst aus einer wellenbasierten (Nahfeld-)Simulation mit dem Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain extrahiert. Dies bedeutet, dass die klassische Punktquellenannäherung des Raytracings nicht immer notwendig ist. Ein Beispiel für eine Nahfeldquelle könnte ein Lautsprecher sein, der im Armaturenbrett eines Autos platziert ist, wo die Platzierung lokale Reflexionen und Beugung verursacht, wie in dem neuen Tutorial-Modell Car Cabin Acoustics: Hybrid FEM-Ray Source Coupling dargestellt. In diesem Fall kann die Strahlenverfolgung die Wellenphänomene nicht erfassen. Durch die Verwendung eines lokalen Druckakustikmodells können diese Phänomene jedoch berücksichtigt werden. Das Feature Release from Pressure Field ermöglicht die Freigabe von Strahlen, deren Größe und Richtung durch das Intensitätsfeld innerhalb des Druckakustikmodells bestimmt werden. Diese neue Funktion ist in dem Tutorial-Modell Room Impulse Response of a Smart Speaker zu sehen.

Ein Lautsprechermodell, das die Größe und Richtung der Schallquelle in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Das neue Feature Release from Pressure Field setzt Strahlen von einer Oberfläche frei, wobei die Größe und Richtung durch den Intensitätsvektor des gelösten Druckakustikmodells gegeben ist.

Import von WAV-Audiodateien

WAV-Audiodateien (.wav) können jetzt als Interpolationsfunktionen importiert werden. Dies ist für viele Anwendungen in der Akustik nützlich, beispielsweise beim Vergleich von Simulationen mit Messdaten oder beim Import von Quellensignalen für eine transiente Analyse. Sie können diese neue Funktionalität in dem aktualisierten Tutorial-Modell Small Concert Hall Acoustics sehen.

Funktionen als Quelle für den Plot Impulse Response

Für die Datenquelle für den Plot Impulse Response gibt es jetzt eine Option Function (im Gegensatz zu nur einem Empfängerdatensatz). Das bedeutet, dass der Plot Impulse Response verwendet werden kann, um benutzerdefinierte Impulsantwortdaten zu analysieren, zum Beispiel basierend auf dem Import einer WAV-Audiodatei. Diese Funktionalität ermöglicht die Analyse von Messdaten sowie von Daten, die aus einer Verkettung von wellenbasierten Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Strahlensimulationen resultieren. Das Tutorial-Modell Small Concert Hall Acoustics zeigt diese Neuerung.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Ergebnisknoten Impulse Response, dem entsprechenden Einstellungsfenster und einem 1D-Plot, der den Frequenzgang im Grafikfenster zeigt.
Die neue Option Source im Plot Impulse Response ermöglicht die Analyse von importierten Signalen oder Signalen, die nicht aus einer Strahlenakustik-Simulation stammen.

Aktualisierungen des Plots Octave Band

Der Plot Octave Band kann jetzt verwendet werden, um Ergebnisse zu analysieren, die auf einer transienten Simulation basieren. Die transienten Daten werden vor der Analyse in den Frequenzbereich transformiert. Außerdem verfügt der Plot Octave Band jetzt auch über einen Eingabetyp General (non-dB), der für die Analyse von Absorptionsdaten in der Akustik oder von Schwingungsgeschwindigkeitsdaten zur Darstellung einer Frequenzgangfunktion (frequency response function, FRF) in einem strukturellen Schwingungsmodell verwendet werden kann.

Gradientenbasierte Optimierung mit Außenfeld-Operator in 2D-achsensymmetrischen Modellen

Gradientenbasierte Optimierung (Form- oder Topologieoptimierung) wird jetzt in 2D-achsensymmetrischen Modellen unterstützt, wenn Sie den speziellen Optimierungs-Außenfeld-Operator Lp_pext_opt im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain verwenden. Die Optimierungsversion des Außenfeld-Operators, die dem bereits vorhandenen Operator in 3D ähnelt, ist so implementiert, dass seine Empfindlichkeit analytisch berechnet werden kann. Als Beispiel wurde das Tutorial-Modell Tweeter Dome and Waveguide Shape Optimization aktualisiert, um den neuen Operator zu verwenden; folglich kann das akustische Gebiet nun stark reduziert werden und das Modell läuft 50% schneller. Sie können dieses Update auch in dem Tutorial-Modell Optimizing the Shape of a Horn sehen.

Ein Hochtöner-Modell, das die Optimierung der Kalotte und des Wellenleiters in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Formoptimierung der Kalotte und des Wellenleiters eines Hochtonlautsprechers unter Verwendung des neuen Operators Lp_pext_opt.

Materialbeiträge erster Ordnung in akustischen Gleichströmungen

Eine neue Option zur Berücksichtigung der Materialabhängigkeit erster Ordnung der Viskosität wurde zu den Multiphysik-Kopplungen für akustische Gleichströmungen (acoustic streaming) hinzugefügt. Dieser Effekt ist typischerweise bei einer rotierenden Strömung wichtig, die durch eine Kombination von zwei Resonanzen erzeugt wird, die eine rotierende akustische Welle erzeugen.

Variablen für Lagrangesche konstante Geschwindigkeiten in akustischen Gleichströmungen

Es wurden neue vordefinierte Variablen für die Lagrangesche konstante Geschwindigkeit bei der Modellierung von akustischer Gleichströmung hinzugefügt. Diese Geschwindigkeit sollte bei der Berechnung der Trajektorien von Partikeln in einem Strömungsfluss verwendet werden. Die Variable wird in der Benutzeroberfläche angezeigt und kann einfach als Eingabe für die viskose Widerstandskraft ausgewählt werden, zum Beispiel im Physik-Interface Particle Tracing for Fluid Flow. Sie können diese Funktionalität in dem Tutorial-Modell Acoustic Streaming in a Microchannel Cross Section sehen.

Ein Querschnitt durch ein Mikrokanalmodell, der den Weg der akustischen Gleichströmung in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Die Lagrangesche Strömungsgeschwindigkeit in einem Mikrokanal-Querschnitt, basierend auf vordefinierten Variablen.

Neue Studie Adaptive Frequency Sweep

Das Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain wurde um einen neuen Studientyp mit der Bezeichnung Adaptive Frequency Sweep erweitert. Diese Studie ist nützlich, um dichte Frequenzsweeps auf effiziente Weise mit der asymptotischen Wellenformauswertung (asymptotic waveform evaluation, AWE) durchzuführen. Die Studie erfordert die Eingabe einer Metrik, die die akustische Antwort des modellierten Systems verfolgt. Sehen Sie sich diesen neuen Studientyp im Tutorial-Modell Helmholtz Resonator Analyzed with Different Frequency Domain Solvers an.

Löser Frequency Domain, Modal für vibroakustische Modelle

Sie können jetzt Analysen von vibroakustischen Multiphysik-Modellen mit dem modalen Löser durchführen. Dies ist möglich, da jetzt sowohl der linke als auch der rechte Eigenvektor berechnet werden, wenn eine Eigenfrequenzanalyse durchgeführt wird. Diese Funktionalität wird in dem Tutorial-Modell Acoustic-Structure Interaction with Frequency Domain, Modal Solver gezeigt.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Konfigurationsknoten für den Löser Eigenvalue, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 1D-Plot zum Vergleich der Lösungen im Grafikfenster.
Verwendung des Lösers Frequency Domain, Modal für ein vibroakustisches Problem (Akustik-Struktur-Interaktion).

Leistungsverbesserungen für BEM-Akustikmodelle

Mit dem Interface Pressure Acoustics, Boundary Elements wurden mehrere wichtige Verbesserungen für die Lösung von Akustikmodellen mit der Randelemente-Methode (BEM) eingeführt.

  • Die Auswertung des BEM-Kernels für komplexwertige Wellenzahlen (Modelle mit Fluiddämpfung) wurde optimiert. Zum Beispiel ist die Generierung des Plots Radiation Pattern im Modell Submarine Target Strength jetzt 25% schneller. Der Geschwindigkeitszuwachs hängt von der Modellgröße und der Hardware ab.
  • Der Last- und Speicherausgleich für BEM-Modelle, die auf Clustern ausgeführt werden, wurde erheblich verbessert. Zum Beispiel ist die Lösung des Modells Submarine Target Strength bei 6 kHz auf 6 Knoten auf einem Cluster in Version 6.2 jetzt 7,5 Mal schneller als in der Vorgängerversion - das Modell wird jetzt in 55 Minuten statt in 7 Stunden 30 Minuten gelöst. Der maximale Speicher und der Speicherausgleich wurden ebenfalls stark verbessert, was eine erhebliche Beschleunigung bei der Lösung großer Akustikprobleme ermöglicht. Die Beschleunigung ist problem- und hardwareabhängig.
  • Ein verbesserter Löser ist jetzt auch für die Lösung von Modellen verfügbar, die die stabilisierte BEM-Methode in Nicht-Cluster-Konfigurationen (auf einer normalen Workstation) verwenden. So wird beispielsweise das Modell Submarine Target Strength jetzt in 16 Minuten gelöst, verglichen mit 25 Minuten in Version 6.1 (gelöst bei 1,5 kHz). Die Beschleunigung ist problem- und hardwareabhängig. Klassische (nicht stabilisierte) BEM-Probleme zeigen ebenfalls einen kleinen Geschwindigkeitszuwachs.
  • Es gibt eine neue Quadratur-Option, die aktiviert werden kann, um die Behandlung von dünnen Spalten zu verbessern. Dies ist für die Schallabstrahlung durch dünne Wellenleiter relevant, wenn diese mit der BEM gelöst werden.

Ein U-Boot-Modell, das das Strahlungsmuster in der Farbtabelle Wave zeigt.
Das Tutorial-Modell Submarine Target Strength wurde mit 6 kHz gelöst. Das Bild zeigt den Gesamtdruck an der U-Boot-Oberfläche. Es handelt sich um ein BEM-Modell mit 2,5 Millionen Freiheitsgraden und die Länge des U-Boots entspricht 250 Wellenlängen.

Weitere Verbesserungen

  • Verbesserte Behandlung der Symmetrieachse bei der Modellierung in 2D-Achsensymmetrie mit den Interfaces für thermoviskose Akustik, linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen und linearisierte Euler-Gleichungen, insbesondere die Berücksichtigung der azimutalen Modenzahl (für m = 0, m = 1 und m > 1)
  • Behandlung der Symmetrie eines kreisförmigen Ports im Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain ohne Warnung
  • Intensitätsvariablen für das Gesamt-, Hintergrund- und Streufeld in den Interfaces für thermoviskose Akustik und linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen
  • Option No correction für das Volumen, das der Bedingung Lumped Speaker Boundary in der thermoviskosen Akustik und der Druckakustik hinzugefügt wurde
  • Option zur automatischen Aufnahme von Festkörpergeschwindigkeiten als Quellen im Interface Pressure Acoustics, Kirchhoff-Helmholtz.
  • Ports in elastischen Wellenproblemen, die mit dem Interface Solid Mechanics gelöst werden, behandeln jetzt nicht-orthogonale Moden höherer Ordnung korrekt
  • Beiträge außerhalb der Ebene sind jetzt in den Quelltermen in den Interfaces für thermoviskose Akustik, linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen und linearisierte Euler-Gleichungen enthalten

Neue und aktualisierte Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.2 enthält mehrere neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das Acoustics Module.

Wave-Based Time-Domain Room Acoustics with Frequency-Dependent Impedance

Ein Modell eines Wohnzimmers, das eine wellenbasierte akustische Analyse in der Farbtabelle Wave zeigt.
Eine wellenbasierte Analyse der Akustik eines Raums, einschließlich frequenzabhängiger Impedanzbedingungen im Zeitbereich. Analyse von Wandimpedanzdaten über die Funktion Partial Fraction Fit und die neue Randbedingung Impedance im Zeitbereich.

Application Library Titel:
full_wave_transient_room_acoustics
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MEMS Microphone with Slip Wall

Ein MEMS-Mikrofonmodell, das die akustische Antwort in der Farbtabelle Aurora Australis zeigt.
Ein MEMS-Mikrofon, das im Frequenzbereich gelöst wird, einschließlich der DC-Vorspannungseffekte. Das Modell verwendet die neue Randbedingung Slip Wall, um die Auswirkungen hoher Knudsen-Zahlen zu berücksichtigen, die für die akustische Antwort der mikroperforierten Platte (MPP) und für die Quetschströmung wichtig sind.

Application Library Titel:
mems_microphone_slip_wall
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Generation of Lamb Waves for Nondestructive Inspection of Plate Specimens

Eine zerstörungsfreie Prüfung eines Stahlplattenmodells, das potenzielle Defekte in der Farbtabelle Prism zeigt.
Eine Analyse einer zerstörungsfreien Prüfung für die Inspektion einer Stahlplatte mit begrenzter Breite und Dicke. Ein Winkelstrahlkeil regt die gewünschte Oberflächenmode in der Platte an, die zur Erkennung eines Defekts genutzt wird.

Application Library Titel:
lamb_waves_ndt_plate
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Viscous Damping of a Microperforated Plate in the Slip Flow Regime

Ein Modell einer mikroperforierten Platte, das die optimale Lochgröße für die Perforation in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Eine akustische Analyse der Eingangsimpedanz eines Modells einer mikroperforierten Platte (MPP). Das Modell zeigt die Bedeutung der Randbedingung Slip Wall und findet die optimale Lochgröße für die MPP.

Application Library Titel:
viscous_damping_mpp
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Car Cabin Acoustics — Frequency-Domain Analysis

Ein Modell einer Fahrzeugkabine, das die Leistung des Soundsystems in der Farbtabelle Traffic Flow zeigt.
Dieses Modell analysiert die Leistung des Soundsystems in einer Fahrzeugkabine im Bereich der niedrigen und mittleren Frequenzen. Der Frequenzgang an der Position eines Mikrofonarrays und das modale Verhalten bei niedrigen Frequenzen werden berechnet.

Application Library Titel:
car_cabin_acoustics
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Baffled Piston Radiation

Ein Kolbenmodell, das das Strahlungsmuster in der Farbtabelle Wave zeigt.
Das Validierungsmodell für das klassische Kolben-Abstrahlungsproblem, wobei die Simulationsergebnisse mit der analytischen Lösung verglichen werden.

Application Library Titel:
baffled_piston_radiation
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Loudspeaker Driver 3D — Frequency-Domain Analysis

Ein Lautsprechertreibermodell, das die Analyse im Frequenzbereich in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Eine vollständige Analyse eines vibroelektroakustischen 3D-Multiphysikmodells eines Lautsprechers im Frequenzbereich.

Application Library Titel:
loudspeaker_driver_3d
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Eigenmodes in Air Bubble with Surface Tension

Ein Mikroluftblasenmodell, das die Eigenmoden und Eigenfrequenzen in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Eine Analyse der Eigenmoden und Eigenfrequenzen einer Mikroluftblase in Wasser wird modelliert und mit analytischen Lösungen verglichen.

Application Library Titel:
eigenmodes_air_bubble
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Scattered Field Formulation for Elastic Waves

Ein Quellenmodell, das die P- und S-Wellen für die Streuer Hohlraum, starrer Einschluss und elastischer Einschluss zeigt.
P- und S-Wellen, die auf einen Hohlraum, einen starren Einschluss und einen elastischen Einschluss treffen.

Application Library Titel:
scattered_field_elastic_waves
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Elastic Cloaking with Polar Material

Ein elastisches Tarnungsmodell, das die Materialspannung in der Farbtabelle Wave zeigt.
Ein Vergleich zwischen dem freien Feld, das durch eine Punktlast erzeugt wird, und dem Feld um ein getarntes Hindernis.

Application Library Titel:
elastic_cloaking
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Thermoacoustic Engine and Heat Pump

Ein Wärmetauschermodell, das die Schallgeschwindigkeits- und Temperaturschwankungen in den Farbtabellen Rainbow und Thermal Wave zeigt.
Schallgeschwindigkeits- und Temperaturschwankungen im Wärmetauscher einer thermoakustischen Wärmekraftmaschine und Wärmepumpe.

Application Library Titel:
thermoacoustic_engine_heat_pump
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Fuel Tank Vibration

Das Modell eines Treibstofftanks zeigt sein Schwingungsmuster in roten Pfeilen.
Eine vollständige Multiphysik-Analyse des Schwingungsverhaltens eines teilweise gefüllten Kraftstofftanks. Das Modell vergleicht die Ergebnisse mit dem weniger genauen Ansatz der zusätzlichen Masse.

Application Library Titel:
fuel_tank_vibration
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Nonlinear Transfer Impedance of a Tapered Orifice

Ein Modell einer konischen Öffnung, das die nichtlinearen akustischen Verluste in der Farbtabelle Prism zeigt.
Wirbelablösung in einer sich verjüngenden Öffnung, die lokale nichtlineare akustische Verluste verursacht. Die Transferimpedanz des Systems wird analysiert und mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen.

Application Library Titel:
nonlinear_transfer_impedance
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Type 4.3 Ear Simulator

Das Modell des P.57 Typ 4.3 Full-Band Ear Simulator zeigt die akustische Antwort in der Farbtabelle Wave.
Bei diesem Modell handelt es sich um den P.57 Typ 4.3 Full-Band Ear Simulator. Das Modell umfasst die Geometrie des Gehörgangs sowie der Ohrmuschel, die im ITU-T P.57-Standard definiert sind. Die akustische Antwort des Systems wird analysiert und validiert.

Application Library Titel:
type_43_ear_simulator
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Transverse Isotropic Porous Layer

Ein Modell der porösen Glaswolle, das die akustischen Eigenschaften in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Untersuchung der akustischen Eigenschaften einer porösen Schicht aus Glaswolle. Das poröse Material hat transversal isotrope Eigenschaften und wird mit dem vollständig anisotropen poroelastischen Materialmodell modelliert.

Application Library Titel:
transverse_isotropic_porous_layer
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Active Flame Validation

Ein Rohr- und Flammenmodell, das die Wechselwirkung zwischen dem akustischen Feld und der Wärmefreisetzung in der Farbtabelle Wave zeigt.
Die stehenden akustischen Moden im Tutorial-Modell Active Flame Validation, das zeigt, wie man die Wechselwirkung zwischen einem akustischen Feld und der von einer Flamme freigesetzten Wärme mit der neuen Funktion Flame Model modelliert.

Application Library Titel:
active_flame_validation
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Small Concert Hall Acoustics

Ein Konzertsaalmodell, das die akustische Antwort des Raums in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Das Tutorial-Modell Small Concert Hall wurde aktualisiert und beinhaltet nun das neue Feature Receiver. Das Modell demonstriert auch den Import einer Audio-WAV-Datei.

Application Library Titel:
small_concert_hall
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Chamber Music Hall

Das Modell eines Kammermusiksaals zeigt die akustische Antwort des Raums mit einer Stromliniendarstellung in der Farbtabelle Rainbow.
Das Tutorial-Modell Chamber Music Hall wurde aktualisiert und nutzt jetzt das neue Feature Receiver für eine effizientere Analyse der Impulsantwort.

Application Library Titel:
chamber_music_hall
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Flow Duct

Ein Modell des Einlasses eines Turbojet-Triebwerks, das die akustische modale Schallübertragung in der Farbtabelle Wave zeigt.
Die akustische modale Schalltransmissionsanalyse eines Strömungskanalmodells eines Turbojet-Triebwerks, unter Verwendung der neuen Randbedingung Port.

Application Library Titel:
flow_duct
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Axisymmetric Condenser Microphone

Ein Modell eines Kondensatormikrofons, das die mechanische Verformung der Membran in den Farbtabellen Wave und Aurora Borealis zeigt.
Das Modell Axisymmetrical Condenser Microphone wurde aktualisiert, sodass jetzt eine realistischere Geometrie verwendet und eine zusätzliche Kapazitätsstudie durchgeführt wird.

Application Library Titel:
condenser_microphone
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Optimizing the Shape of a Horn

Die Formoptimierung eines Hornmodells, das in der Farbtabelle Rainbow dargestellt ist.
Die Formoptimierung eines einfachen Hornmodells. Das Modell wurde vereinfacht, da der Operator Lppextopt jetzt achsensymmetrische Modelle unterstützt.

Application Library Titel:
horn_shape_optimization
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Tweeter Dome and Waveguide Shape Optimization

Ein Hochtonlautsprechermodell, das die Optimierung der Kalotte und des Wellenleiters in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Die Formoptimierung wird verwendet, um eine einheitliche Antwort für einen akustischen Hochtonlautsprecher sowohl in Bezug auf die Frequenz als auch auf den Winkel zu erhalten. Dieses Modell wurde vereinfacht, da der Operator Lppextopt jetzt achsensymmetrische Modelle unterstützt.

Application Library Titel:
tweeter_shape_optimization
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Acoustic Streaming Induced by a Focused Ultrasound Beam

Die akustische Gleichströmung eines Ultraschallstrahls wird in den Farbtabellen Rainbow, Prism und Wave dargestellt.
Akustische Gleichströmung, eine durch Schallwellen induzierte gleichmäßige Strömung, wird in industriellen biomedizinischen und technischen Anwendungen eingesetzt. Beispiele hierfür sind die Verbesserung des konvektiven Wärmetransports, Ultraschallreinigung, lokales Mikromischen, Hämolyse von Blutzellen, Mikropumpen usw.

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Opto-Acoustophoretic Effect in an Acoustofluidic Trap

Ein akustofluidisches Fallenmodell, das den optoakustostophoretischen Effekt in den Farbtabellen Wave und Aurora Borealis zeigt.
Opto-Akustophorese ist ein Begriff, der das Zusammenspiel zwischen akustischen und optischen Feldern beschreibt. In den meisten Fällen (so auch in diesem Modell) erwärmt das optische Feld das Material und beeinflusst dadurch das akustische Feld.

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Acoustic Trap in Glass Capillary with Bias Flow

Ein Modell einer Glaskapillare, das die Widerstandskräfte, die durch die akustische Gleichströmung entstehen, in der Farbtabelle Thermal Wave zeigt.
Ein 3D-Modell einer akustischen Falle in einer Glaskapillare mit Bias-Flow. Das Modell berücksichtigt die Widerstandskräfte der akustischen Gleichströmung und des Bias-Flow sowie die Strahlungskräfte auf kleine Partikel.

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Room Impulse Response of a Smart Speaker

Ein Modell eines intelligenten Lautsprechers, das die anschließende Impulsantwort im Raum mit Strahlenbahnen in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Dieses Modell kombiniert Druckakustik und Strahlenakustik, um eine vollständige Frequenzbereichsanalyse der Raumimpulsantwort eines kleinen intelligenten Lautsprechers durchzuführen. Die Quellencharakterisierung im Raytracing-Modell basiert auf einem vollständigen Multiphysik-Modell des Schallwandlers und verwendet die Funktion Release from Pressure Field, um die Schallwandlerquelle einzurichten.

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Smartphone Microspeaker and Port Acoustics: Linear and Nonlinear Analysis

Ein Smartphone-Modell, das das Abstrahlungsmuster des akustischen Ports anhand einer Stromliniendarstellung in der Farbtabelle Rainbow zeigt.
Analyse eines Mikrolautsprechers, der sich in einem Smartphone befindet, einschließlich der Abstrahlung durch und der Interaktion mit dem akustischen Port, der mit der Außenwelt verbunden ist. Das Modell zeigt sowohl eine lineare Analyse im Frequenzbereich als auch eine nichtlineare Analyse im Zeitbereich.

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Sound Transmission Loss Through a Window

Ein Modell eines doppelt verglasten Fensters, das den Schallübertragungsverlust in den Farbtabellen Aurora Borealis und Rainbow zeigt.
Dieses Modell stellt eine praktische und effiziente Methode zur Berechnung des Schallübertragungsverlusts (sound transmission loss , STL) durch ein Gebäudeelement vor. In diesem Beispiel wird der Fall eines doppelt verglasten Fensters behandelt.

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Acoustic Transmission Loss Through Multilayer Periodic Elastic Structures

Die akustische Druckantwort und Strukturverformung von zwei Fluiden, die durch eine mehrschichtige feste elastische Struktur getrennt sind.
Die akustische Druckantwort und strukturelle Verformung eines periodischen mehrschichtigen Systems.

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Acoustic–Structure Interaction with Frequency Domain, Modal Solver

Ein 1D-Plot zeigt den Vergleich zwischen dem Modell im Frequenzbereich und den Lösungen im Frequenzbereich.
Der Vergleich des Antwortverhaltens zwischen diesem Modell mit Frequency Domain, Modal Löser und den Lösungen im Frequenzbereich.

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