ANSYS声场分析的单元选择

由前篇博文知道，ANSYS声场分析所依据的有限元方程如下：

 

其中，方程左边的积分符号内部涉及到压力（及其导数）和位移（的二阶导数）两个自变量；而方程右边则与质量源（及其变化率）有关。

在使用有限元方法进行离散后，方程中所包含的基本变量应该是压力和位移。

因此，ANSYS提供了下述声场单元，每个单元所包含的节点自由度是位移（UX,UY,UZ）和压力（PRES）.

(1)FLUID29单元：4节点平面单元，每个节点包含UX,UY,PRES.

(2)FLUID129单元：2节点的无限线单元，每个节点包含PRES一个自由度.它是FLUID29单元的伴随单元。

(3)FLUID30单元：8节点空间单元。每个节点包含UX,UY,UZ,PRES四个自由度。

(4)FLUID220单元：20节点空间单元。每个节点包含UX,UY,UZ,PRES四个自由度。

(5)FLUID221单元：10节点四面体单元。每个节点包含UX,UY,UZ,PRES四个自由度。

(6)FLUID130单元：三维8节点曲面单元。每个节点包含PRES一个自由度。它是FLUID30，FLUID220,FLUID221的伴随单元。

【评论】

• ANSYS提供的声场分析单元主要包含两类：平面单元和空间单元。而对于每一类单元，它有分为两类：域单元和无限边界单元。列表如下：

单元名称	平面/空间	域/无限边界	备注
FLUID29	平面	域	四节点四边形
FLUID129	平面	无限边界	用于模拟FLUID29的无限边界的吸声效果
FLUID30	空间	域	8节点六面体
FLUID220	空间	域	20节点六面体
FLUID221	空间	域	10节点四面体
FLUID130	空间	无限边界	于模拟FLUID30，FLUID220，FLUID221的无限边界的吸声效果

 

• 从上述表格可以看到，在选择单元的时候，首先应该根据问题确定是平面问题还是空间问题，从而选用不同的单元类型；其次根据是否要模拟无限边界，确定是否使用FLUID129，FLUID130.
• 从上述表格可以看到，如果是三维问题，当空间形状规则时，优先使用FLUID30和FLUID220，而空间形状不规则时，使用FLUID221.更进一步，对于规则的空间形状，FLUID30是线性单元，而FLUID220是高阶单元。
• 每个域单元一般包含位移自由度和压力自由度，但是也可以只包含压力自由度。当该单元用于模拟纯粹的流体时，它可以只包含压力自由度；但是当该单元用于模拟流体-结构的边界时，则它需要同时包含压力自由度和位移自由度。
• 无限边界单元只包含压力自由度。