基于ANSYS经典界面的双波导的声辐射分析
【问题描述】
一个双波导管结构如下图所示。该结构由两个波导管和一个被吸声材料所封闭的长方体空间构成。现在这两个波导管的进口段各施加频率是1360HZ，振幅是1PA的声压波。现在要求整个结构内部的声压分布，并重点比较几个对称点处声压的大小和相位。
【问题分析】
1. 这是一个谐响应分析问题。
2. 由于涉及到声场和边界层，而且是三维的规则空间结构，所以使用FLUID220单元，并分别给定不同的关键字，以表达声场主体和边界层。为了方便建模，先用MESH200建模四个面，然后通过拉伸的方式形成上述两个区域。
3. 对边界节点设置压力为零的声-软边界条件。
4. 在两个波导管的进口处设置压力激励源。
5. 用POST1绘制声压云图，而用POST26取出几个对称点的声压，进行比较。
6. 本例子来自于ANSYS15声场分析的例子《13.9. Example: Radiation from Two Waveguides》，为方便讲解，对命令流进行了调整，并在后处理中加入了云图显示。
7. 本例使用命令流进行讲解。
【求解步骤】
1. 建模
1.1 选择单元类型
在命令窗口中输入
/prep7
et,11,200,7
et,1,220,,1
et,2,220,,1,,1
上述命令首先进入了前处理器
然后定义了三种单元，其中
200是MESH200，用于定义面单元。该单元主要是为了创建其它体单元做过渡。用完后就会清除掉。
220是FLUID220，其中第3行的该单元用于域内，建模空气；而第4行用于建模边界，表达网格截断。
1.2 创建材料模型
在命令窗口中输入
c0=340
mp,dens,1,1.
mp,sonc,1,c0
上述命令用于定义材料的密度和声速。
1.3 创建几何模型
在命令窗口中输入
d=0.1
l=1.
s=0.5
a=2
dpml=0.25
上述命令用于定义几何体的参数
在命令窗口中输入
rect,-l,0,s/2,s/2+d
rect,-l,0,-s/2,-s/2-d
rect,0,a,-a/2,a/2
rect,0,a+dpml,-a/2-dpml,a/2+dpml
上述命令先后创建四个面如下图。
在命令窗口中输入
asba,4,3,,delete,keep
aglue,all
上述命令用最大的矩形减去内面的小矩形。然后把所有的面粘贴在一起，结果如下图。
1.4 创建有限元模型
在命令窗口中输入h=d/2
esize,h
type,11
amesh,all
上述命令对所有面划分网格，使用的是MESH200，这只是划分临时面网格。结果如下图。
在命令窗口中输入
mshape,0
mshkey,0
asel,all
asel,u,,,5
esla
type,1
mat,1
esize,,1
vext,all,,,0,0,d,
上述命令拉伸现有的部分面单元MESH200（面积A1，A2，A4），生成声场单元FLUID220.结果如下图
在命令窗口中输入
asel,s,,,5
type,2,
mat,1
esize,,1
vext,all,,,0,0,d,
上述命令拉伸面单元MESH200（面积A5），生成声场的边界部分单元。结果如下图
在命令窗口中输入
asel,s,loc,z,0
aclear,all
alls
nummrg,all
上述命令删除开始生成的MESH200单元，然后对所有的节点，单元等进行合并。
1.5 设置边界条件
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,a+dpml
nsel,a,loc,y,-a/2-dpml
nsel,a,loc,y,a/2+dpml
d,all,pres,0.
上述命令用于选择外边界，设置其压力为零。即用于模拟吸声材料，完全吸收声压。
1.6 设置激励源
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,-l
d,all,pres,1
alls
fini
上述命令用于选择双波导管的入口，设置其压力是1pa
2. 求解
在命令窗口中输入
/solu
pi=3.1415926535
k=8*pi
freq=k*c0/(2*pi)
上述命令进入求解器，然后定义了频率大小。
在命令窗口中输入
eqslv,sparse
antype,harmic
harfrq,freq
solve
fini
上述命令设置要进行谐响应分析，并设置激励频率的大小，然后开始求解。
3. 后处理
下面的后处理命令，依次定义6个关键节点的编号为变量，这六个节点如下图
在命令窗口中输入
/post26
prcplx,0
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,s/2+d
*get,A1,node,0,num,max
定义变量A1.
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,s/2
*get,A2,node,0,num,max
定义变量A2.
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,-s/2-d
*get,B1,node,0,num,max
定义变量B1.
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,-s/2
*get,B2,node,0,num,max
定义变量B2.
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,a
nsel,r,loc,y,a/2
*get,C1,node,0,num,max
定义变量C1.
在命令窗口中输入
nsel,s,loc,x,a
nsel,r,loc,y,-a/2
*get,C2,node,0,num,max
定义变量C2.
在命令窗口中输入
allsel
nsol,2,A1,pres,,Input_A1
是取出A1点的压力，定义为变量2，其别名是Input_A1
在命令窗口中输入
nsol,3,A2,pres,,Input_A2
nsol,4,B1,pres,,Input_B1
nsol,5,B2,pres,,Input_B2
nsol,6,C1,pres,,Output_C1
nsol,7,C2,pres,,Output_C2
其含义与上相同，依次取出A2，B1`,B2，C1，C2节点的压力，并依次定义为变量3，4,5,6,7中。
结果如下表
上述变量与节点编号的关系如下
在命令窗口中输入
prvar,2,5,
这是给出2,5号节点的声压关系，结果如下：
在命令窗口中输入
prvar,3,4,
这是给出3,4号节点的声压关系，结果如下：
prvar,6,7
这是给出6,7号节点的声压关系，结果如下：
可见，这些对称点的声压，在6-7号对称点最相近；而在2-5,3-4处则差距相对较大。
进入通用后处理，直接绘制此时的声压分布云图如下
从该云图可以看出，声压云图基本上是保持对称的。