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例題３ 干渉縞の計算（2次元）
本例題について
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2つの振動体から発生した音波が干渉縞を形成している状態の音波解析を行います。
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空気中に形成される干渉縞を解析結果として出力することができます。
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フィールド重ね合わせの設定機能を用い、駆動源の位相を変えた時の、フィールドの変化を確認します。
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表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
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プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
2次元 |
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モデル単位 |
m |
解析条件
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項目 |
条件 |
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音波解析[Mach] |
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解析の種類 |
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解析オプション |
選択なし |
調和解析タブにおいて周波数、間隔、スイープの設定を以下のように設定しています。
また解析領域の外部にも音波が放射していきますので開放境界の条件として以下の
デフォルト条件を使用します。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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調和解析
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周波数：スイープ値 |
最小：1[kHz] 最大：2[kHz] 分割数: 1 |
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周波数：スイープタイプ |
等間隔 分割数 |
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周波数スイープ |
逐次スイープ |
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フィールド表示でポート毎に重み指定を可能にする |
チェックを入れる |
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開放境界タブ |
種類 |
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吸収境界の次元 |
1次 |
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原点座標 |
x = z = 0 |
モデル図
2次元モデルを作成しています。半円形状と2つの直方体形状のシートボディを組み合わせてAirを作成し、
音圧発生部分に圧力境界条件を適用し、半円形状の円周部には開放境界条件を適用しています。
ボディ属性および材料定数の設定
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ボディ No./ボディ タイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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5/Sheet |
Air |
000_空気※ |
※材料データベースを利用
境界条件
開放境界条件と圧力の境界条件を適用します。
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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Open/Face |
音波 |
開放境界 |
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V1/Face |
音波 |
圧力 |
-1[Pa] |
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V2/Face |
音波 |
圧力 |
-1[Pa] |
解析結果
周波数1000[Hz]、2000[Hz]の場合の粒子速度のグラデーションコンター図を示します。
周波数1000[Hz]
周波数2000[Hz]
振動体を駆動する周波数に応じて干渉縞の形状が変化している様子が分かります。
次に、フィールド重ね合わせの係数を変更し、その影響を調べてみます。フィールド重ね合わせの設定ダイアログを開くと、
駆動源に対応する境界条件名、（V1,V2)と、それらに対応する係数が、（MAG,PHASE)形式で表示されます。
最初は（MAG=1.0,PHASE=0.0[deg]) と表示されますが、この例題ではV2のPHASEのみを0,45,90,180[deg]と変更して、
フィールドの変化を確認します。
下の絵は、表示するフィールドとして、1000[Hz]、粒子速度、大きさ、Absolute、Linearを選択し、コンター図の最小値
を0[mm/s]、最大値の設定を 5[mm/s]に設定しています。また、分布の変化が分かりやすいように、コンター図の設定で、
”グラデーションコンターの色分割”にチェックを入れています。フィールド重ね合わせの係数で、PHASEを変えることで、
コンター図の模様が変わる事が確認できました。また、コンター図の変化に伴い、指向性も変化することを以下に示しました。
指向性の計算時の条件を示します。
観測点の位置、r=1[m]、φmin=0.0[deg]、φmax=0.0[deg]、φstep=0、θmin=0.0[deg]、θmax=180[deg]、θstep=60、
表示の種類 音圧レベル[dB]、対称面 YZ面（X軸垂直）にチェック。（Z軸に平行な壁が遠くまで続いているという考えた場合の計算です。）
グラフの横軸 θにチェック。