شبیه ساز Comsol multiphysics
شبیه ساز COMSOL Multiphysics
با استفاده ازشبیه ساز COMSOL Multiphysics می توان طراحی و شبیه سازی پروژه های مهندسی برق، مکانیک، علوم زمین، شیمی، فیزیک، نجوم و کوانتوم را انجام داد. این نرم افزار یک مجموعه شبیه سازی است که می تواند معادلات دیفرانسیل سیستم های غیر خطی را توسط مشتق های جزئی روش المان محدود در فضاهای یک، دو و سه بعدی حل نماید. این نرم افزار می تواند در حضور چالش هایی نظیر میدان های الکترومغناطیسی، کشش، دینامیک سیالات و دینامیک گاز به خوبی راهگشا باشد. همچنین این برنامه امکان تعامل با نرم افزارهای مهندسی دیگر مانند Matlab و Catia را دارد ذر ادامه با کاربرد های شبه ساز COMSOL Multiphysics در آکوستیک ، آشنا می شویم.
در شکل روبه رو نمونه ای از جاذب متخلخل شبیه سازی شده در نرم افزار کامسول و منحنی فشار آکوستیکی مربوط به آن آورده شده است. در شکل رو به رو به ترتیب نمونه های امپدانس تیوب شبیه سازی شده و تراز فشار صدا در امپدانس تیوب شبیه سازی شده برای محاسبهی ضریب جذب یک نمونه صفحهی سوراخ دار آورده شده است.
در شکل زیر یک نمونه جاذب گوهای مشاهده می شود. این نوع جاذب ها به دلیل جذب صوتی مناسب شان برای طراحی اتاق صامت مورد استفاده قرار میگیرند. بهینه سازی این نوع جاذب ها مساله ی بسیار مهم در طراحی اتاق صامت است. هدف از این بهینه سازی کاهش قیمت، افزایش ضریب جذب صوتی و کاهش ضخامت کلی ساختار(کاهش حجم اشغال شده از اتاق توسط گوه) است که برای رسیدن به این هدف میتوان از شبیه سازی آکوستیکی برای رسیدن به طرحی مناسب استفاده نمود. در ادامه نمونه هایی از شبیه سازی های انجام شده برای رسیدن به طراحی بهینه آورده شده است.
در شکل روبه رو میزان ضریب بازتاب صوتی توسط گوه با جنس لایه های مختلف با استفاده از نرم افزار Comsol multiphysics محاسبه شده است.
در شکل زیر ضریب بازتاب فشار بر حسب بسامد به ازای چندین زاویه رأس گوه مختلف نشان داده شده است. با توجه به شکل برای این حالت کمترین بسامد قطع برای زاویه رأس 20 درجه می‍باشد. این نشان میدهد که یک زاویه رأس بهینه برای گوه وجود دارد.
عایق های آکوستیکی به منظور افت انتقال صدا به کار میرود. طراحی عایق های آکوستیکی به دلیل جلوگیری از ورود نویز صوتی به ساختمانها بسیار مورد توجه است. امروزه پنل های لایه زنبوری به دلیل استحکام بالا، وزن سبک و ویژگی های آکوستیکی مناسب بسیار مورد استفاده است. از اینرو طراحی و بهینه سازی این نوع پنل ها مساله ی بسیار مهمی است که برای رسیدن به این هدف میتوان از شبیه سازی آکوستیکی استفاده نمود.
در شکل زیر یک نمونه عایق لانه زنبوری آورده شده است. که مدل شبیه سازی شده پنل سوراخ دار در نرم افزار Comsol multiphysics آورده شده است. برای مدل سازی پانل هایی با مشخصات هندسی و فیزیکی (جنس) و جهتگیری خاص، سلولها در شبکه در داخل اتاقی قرار گرفته‌اند. برای هر چهار دیوارهی اتاق، شرط مرزی دیوار سخت تعریف شده است. منبع صوتی در سمت چپ و گیرنده در سمت راست پانل قرار دارد. تمامی پانل های تعریف‌شده در شبیه سازیها هستند بدین معنا که 20 سلول در جهت طول و 1 سلول در جهت عرض، ساختار شبکه ی لانه‌زنبوری را تشکیل میدهد. در شکل زیر توزیع فشار صوتی برای پنل شبیه سازی شده آورده شده است.
در شکل زیر تاثیر طول پنل بر روی با توجه به شکل اثر تغییر طول سلول لانه‌زنبوری، تغییر چندانی در ضریب انتقال صوت و بسامد تشدید ایجاد نمیکند. در واقع، افزایش طول سلول موجب افزایش طول پانل میشود که تأثیر قابل توجهی در مشخصه ی صوتی پانل نخواهد داشت.
در شکل زیرتاثیر ارتفاع سلول بررسی شده است. برای سلولی با با ارتفاعهای متفاوت 45، 30 و 15 میلیمتر بسامد تشدید به ترتیب، برابر با 150، 180، 260 هرتز است که میتوان گفت با کاهش ارتفاع ضلع سلول، بسامد تشدید به سمت بسامدهای بالاتر منتقل میشود و همچنین فاصله ی بین بسامدهای تشدید افزایش مییابد و بازه ی بسامدی بیشتری را عایق بندی صوتی میکند
برای بررسی تأثیر زاویه ی داخلی سلول لانه‌زنبوری بر ضریب انتقال صوتی پانل، پنج پانل به گونهای طراحی شده اند که تمام مشخصه های آنها بجز زاویه ی داخلی سلول یکسان باشد. این پنج پانل با زاویه های داخلی 0، 15± و 30± درجه مطابق شکل 15 طراحی شده اند.
در شکل زیر میزان ضریب انتقال صوت برای زوایای داخلی مثبت سلول آورده شده است. با در نظر گرفتن این شکل و مقایسهی ضریب انتقال صوت از پانل برای زوایای داخلی مثبت سلول لانه‌زنبوری میتوان نتیجه گرفت که در بسامدهای کمتر از بسامدهای تشدید، ضریب انتقال مربوط به زاویهی داخلی بزرگ‌تر، بیشتر است و بسامد تشدید به سمت بسامدهای پایین کشیده میشود و چون در بسامد تشدید، بیشینهی انتقال صوتی رخ میدهد لذا موجب عدم کارایی مناسب عایق صوتی در بسامدهای پایین خواهد شد.
در شکل زیر میزان ضریب انتقال صوت برای زوایای داخلی منفی سلول آورده شده است. با توجه به این شکل و بررسی نتایج حاصل از مدلسازی میتوان گفت که برای زوایای داخلی منفی نیز با کم شدن زاویهی داخلی سلول به سمت زوایای منفی، ضریب انتقال صوت کاهش یافته و بسامد تشدید به سمت بسامدهای بالا کشیده میشود که باعث بهبود عملکرد عایق در بسامدهای پایین خواهد شد.
میتوان گفت عایق با زاویه ی داخلی بیشتر، به دلیل تشدید در بسامدهای پایینتر و افزایش ضریب انتقال در آن، عملکرد آکوستیکیِ مناسبی در بسامدهای پایین ندارد و در مقابل، عایق با زاویه ی داخلی کمتر در بسامدهای پایین عملکرد عایقی مناسب تری دارد.