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例題１０ 解析領域のサイズに関する調査
本例題について
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解析領域のサイズを変えて、結果に及ぼす影響を調べました。
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音波例題８を参考にしてモデル作成しましたので、音波例題も参考にしてください。
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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。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（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。） R=1λ モデルの参考計算時間２分３９秒。
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
mm |
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 |
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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調和解析 |
周波数 |
0.5[kHz] |
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種類 |
||
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吸収境界の次元 |
２次（モデル１，２） １次（モデル３） |
モデル図
空気中にあるスピーカーの音が伝わっていく様子を観察し、モデル作成方法による結果の違いを調べます。。
球状（もしくは直方体）の空気領域の内部に、スピーカの領域を作成し、空気をくり抜いてつくりました。したがって、スピーカのボディは存在しません。駆動部分は圧力１[Pa]で指定しています。球状の空気領域の周囲には開放境界条件を設定していますが、図では内部を見やすくするため、境界条件を外した図を示しています。指向性領域は、２枚のシートボディで作っています。
スピーカを含む形状を変えた、３つのモデルについて解析を行いました。（このページの一番上の図をご覧ください）
モデル１．半径１波長（60cm)の球の中にスピーカを配置したモデル。標準メッシュサイズ1/6波長。
モデル２．半径0.5波長（30ｃｍ）の球の中にスピーカを配置したモデル。標準メッシュサイズ1/6波長。
モデル３．直方体の中にスピーカを配置したモデル。（スピーカから5cm離した位置まで空気領域にしました。）標準メッシュサイズ1/１２波長。
ただしいずれのモデルもスピーカ周辺の面に対し、メッシュサイズ４を設定しています。これは細かなスピーカ形状による特性を正しく計算するためです。
ボディ属性および材料定数の設定
モデル１、２
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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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2/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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15/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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18/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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21/Sheet |
OUTSIDE |
000_空気※ |
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22/Sheet |
OUTSIDE |
000_空気※ |
モデル３
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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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2/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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14/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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15/Solid |
空気 |
000_空気※ |
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18/Sheet |
OUTSIDE |
000_空気※ |
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19/Sheet |
OUTSIDE |
000_空気※ |
※材料データベースを利用
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ボディ属性名 |
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OUTSIDE |
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”指向性の計算方法を使う”にチェックされたボディは、指向性計算をする領域として認識されます。このボディに材料"000_空気"を指定していますが、この材料は計算に使われません。開放境界を設定したボディの材料が、その外側に広がっているという条件で解析が行われます。
境界条件
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境界条件名/Topology |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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F/Face |
音波 |
圧力 |
1[Pa] |
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Open/Face |
音波 |
開放境界 |
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解析結果
ボディ属性名”空気”の領域、”OUTSIDE”の領域をコンター図とグラフを使って、３つのモデルの差を観察しました。
”OUTSIDE”領域については、３つのモデルについて差がないことがわかりました。
”空気”領域のコンター図は、空気領域の半分を非表示にして、内部を表示しています。”空気”領域のコンター図とグラフを観察してわかるように、３つのモデルでほぼ同じ結果の得られることがわかった。ただしモデル３の裏側付近だけ、モデル１、２とは異なる解が得られました。
ボディ属性名”空気”領域の音圧分布。 ボディ属性名”OUTSIDE”の音圧分布
ボディ属性名"空気"領域の音圧分布（A-B間 ボディ属性名”OUTSIDE”領域の音圧分布（C-D間）
まとめ
モデル３では、スピーカと開放境界の距離を1/12波長と短くしましたが、放射特性に変化の無いことがわかりました。ただし、メッシュサイズはモデル１，２の約半分に小さくしています。モデル１，２と同じメッシュサイズで、モデル３を解析すると、結果がずれてしまったからです。このあたりを注意して解析を行ってください。