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4.音響解析｜XFEM操作マニュアル

XFEMの基本的な使い方に関しては基本操作を参照してください。ここでは音響解析固有の説明をします。

音響解析概要
境界条件
要素特性
観測点の定義
計算条件
結果の参照

音響解析概要

XFEM-音響解析では2次元閉空間の音場を計算することができます。また、壁面に音響アドミタンス境界条件を設定することにより、エネルギ消散をモデル化することもできます。これにより簡易的に吸音材や開口端等をモデリングすることができます。

支配方程式

k=ω/C、ω：角速度、C：音速

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境界条件

XFEM-音響解析では以下の境界条件が利用できます。

境界条件	シンボル
境界の音圧	P
境界の粒子変位	U
境界の音響アドミタンス	G　or PIPE

音響アドミタンスに関して

音響アドミタンスは壁面でのエネルギー消散をモデリングしたものです。これにより簡易的に吸音材や開口端をモデル化することが可能となります。

音響アドミタンス周波数により異なる特性を持つため、周波数ステップ解析を行うとき不都合が生じます。したがって、XFEMでは丸パイプの開口端の場合のみですが、形状指定による音響アドミタンス自動計算機能を設けました。これにより周波数ステップ解析時、周波数に対する壁面の音響アドミタンスが自動で計算され、その値を用いて全体の音場を解析します。このときシンボルはPIPEと表示されます。丸パイプ以外の条件のときは直接音響アドミタンスを境界値として入力してください。

丸パイプの開口端音響アドミタンス計算式

β=-i/tan(k・α)

ここで、

β：音響アドミタンス、i：虚数、
ｋ=ω/C　(ω：角速度、C：音速)
α=0.61a(フランジ無し）
α=0.82a(フランジ有）
a:管半径

音響アドミタンス境界条件設定方法

<直接音響アドミタンスを入力する場合>

値で指定にチェック→値を入力

<形状で指定する場合>

形状で指定にチェック→管直径を入力→開口端補正を選択→音速を入力

最後にOKボタンをクリックして完了です。

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要素特性

要素の特性は以下を与えます。単位は解析モデルの単位系により適切な値を入力してください。

名前
密度
音速

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観測点の定義

観測点は任意の節点に対して定義し、周波数ステップ解析時に各周波数における計算値を保存しておくために利用します。観測点の数に制限はなく、複数定義できます。計算結果は各観測点の計算値(音圧)を周波数-音圧のグラフで表示されます。

右図中の青色の球が観測点のシンボルです。

ちなみに円柱のシンボルは境界条件を示します。

観測点は以下の方法で定義します。

XFEM-音響解析　/　モデル作成　/　観測点

操作メニューの観測点をクリックすると、オブジェクト選択ダイアログが現われます。コンボボックスに節点が選択されていることを確認して、解析モデル上で計算結果をモニタリングしたい節点をクリックします。節点が選択状態になったら、決定をクリックします。

XFEM-音響解析　/　モデル作成　/　観測点　/　決定

ここで観測点名の入力を促されますので何かわかりやすい名前を入力しOKボタンをクリックします。ここで入力した名前は結果参照時に利用されます。

一度に1節点しか観測点を定義することができません。
複数の観測点を定義する場合はこの操作を繰り返してください。

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計算条件

XFEM-音響解析では以下の2種類の解析が行なえます。

通常解析
周波数ステップ解析

設定は以下で行ないます。

XFEM-音響解析　/　計算条件

通常解析

周波数を指定して音圧分布を計算する方法です。
上図のダイアログの周波数の項目に計算したい周波数をします。このとき周波数ステップ解析を実行のチェックを外してください。

周波数ステップ解析

周波数範囲と周波数間隔を設定して、各周波数ごとの音圧分布を繰り返し計算します。このとき 周波数ステップ解析を実行にチェックすることと、観測点を定義することを忘れないでください。周波数ステップ解析の結果は観測点でモニタリングした値をグラフで表示します。
また、通常解析と同様に周波数の項目にも値を入力する必要があります。ここで入力した周波数のときの計算結果が音圧分布図として表示されます。

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