声学模块更新
COMSOL Multiphysics®5.5 版本为“声学模块”的用户引入了新的弹性波，时域显式物理场接口，用于声-结构相互作用与时域显式公式的多物理场耦合，以及热黏性声学，频域接口的端口边界条件。请阅读以下内容，了解有关上述以及更多声学模块更新的更多信息。
新的“弹性波，时域显式”物理场接口
新的弹性波，时域显式物理场接口基于间断伽辽金时域显式方法，可以对弹性波在固体中的传播实现高效多核计算，其中包含的的特征可以提供真实的材料数据，包括各向异性和阻尼。该接口适用于模拟超声波在换能器和传感器等固体中的传播，无损检测 (NDT) 应用，以及涉及许多波长上的瞬态传播（包括地震波在土壤和岩石中的传播）的任何大型声学系统。
您可以在以下模型中看到这一新接口的应用演示：
- 地震后的地面运动：一座小山的散射（新模型）
- 各向同性-各向异性试样：弹性波传播（新模型）
- 角钢梁无损检测（新模型）
- 浸入式超声检测装置（新模型）
“声-结构相互作用，时域显式”接口的多物理场
新版本为大型瞬态声-结构相互作用仿真提供了新的声-结构相互作用，时域显式多物理场耦合，将压力声学，时域显式和新的弹性波，时域显式物理场接口耦合起来。为了充分利用时域显式公式，在耦合具有不同属性的域时，必须使用非共形网格，这是通过使用处理几何装配的新的对；声-结构边界，时域显式多物理场耦合来实现的。非共形网格的使用是对非连续单元属性的自然扩展和使用。您可以在浸入式超声检测装置模型中看到此功能的应用演示。
声学时域显式接口的材料不连续、配对条件和耗散
现在，基于间断伽辽金时域显式方法的流体声学接口都可以选择包含耗散。在对超声造影和流量计等高频应用建模时，耗散起着重要作用。压力声学，时域显式和对流波动方程，时域显式接口新增了选项。
压力声学，时域显式接口现在包含材料不连续（内部）边界条件和连续性对特征。这些改进功能用于处理具有一致网格的并集或使用不一致网格的装配的材料属性的突变。您可以在各向同性-各向异性试样：弹性波传播模型中看到材料不连续特征。
热黏性声学端口
热黏性声学，频域接口新增一个端口边界条件，用于激励和吸收微声学应用中进入或离开波导结构的声波。端口条件为波导入口/出口（包括黏滞边界层和热边界层）提供近乎完美的非反射辐射条件。在许多情况下，与阻抗条件或完美匹配层 (PML) 构型相比，使用新端口条件提供了更好的易用性和准确性。处理小型声学子系统问题时，我们使用两个端口条件并将二者相结合，自动计算与入口和出口有关的散射矩阵、转移矩阵和阻抗矩阵。这些都是子系统的简化集总表示，通常用于有效地分析子系统与整个系统的集成情况。您可以在耵聍挡板声学：转移矩阵计算模型中看到此特征。
压力声学中更新的端口特征
端口条件现在可以在二维中用于压力声学，频域接口，并具有用户定义选项和狭缝选项来定义振型。通常，当执行端口扫描并使用两个端口（一个在入口，一个在出口）时，系统会自动计算转移矩阵和阻抗矩阵，COMSOL Multiphysics®5.5 版本会自动为两个或多个端口之间的传输生成新的传输损耗变量。现在，当对端口号执行内部扫描时，端口扫描功能也起作用。您可以在声信号分离器的形状优化模型中看到此特征的应用演示。
气动声学的背景流体流动耦合和映射研究
5.5 版中新增了背景流体流动耦合多物理场耦合和专用的映射研究特征，以自动地将 CFD 模型和对流声学模型进行耦合，简化其操作流程，其中包括纳维-斯托克斯、线性欧拉和对流波动方程物理场。多物理场耦合和映射确保将计算的 CFD 解从流体流动网格正确映射到声学网格，同时兼顾不同的离散化阶数。映射和插值对于避免在声学模型中引入数值噪声至关重要，在声学模型中，反应项必须得到正确处理。
您可以在以下模型中看到此功能的应用：
压力声学接口中的各向异性材料
压力声学中新的各向异性声学特征支持定义具有有效各向异性密度和标量有效体积模量的流体。通过此特征，您可以为超材料设置均匀的材料属性，并定义具有各向异性结构的多孔和纤维材料的有效流体属性。有效密度可以定义为具有各向同性、对角或对称结构。您可以在声学隐形模型中看到这一新特征。
用于电声换能器建模的洛伦兹耦合
洛伦兹耦合特征支持磁场与固体力学接口之间的双向耦合。洛伦兹力是通过计算域体积中的电流密度J和磁通量B的叉积来确定的，然后将该力作为体积力施加在力学侧。同时，速度取自固体力学接口，作为洛伦兹速度项应用于磁场接口。该特征会自动处理帧和动网格效果。
该特征适用于不可磁化的传导域（通常是铜线圈），当与声-结构边界多物理场耦合结合使用时，可以为电声换能器建模。它在二维、二维轴对称和三维中用于“瞬态”、“频域（扰动）”和“特征频率”分析。该功能需要“AC/DC 模块”以及“结构力学模块”、“声学模块”或“MEMS 模块”之一。您可以在扬声器驱动器 - 频域分析和扬声器驱动器 - 瞬态分析模型中看到此功能的应用演示。
声-管道声学连接多物理场耦合
通过新的声-管道声学连接多物理场耦合，您可以在频域和时域仿真中将压力声学接口耦合到管道声学接口。耦合定义在管道接口中的点与压力声学接口中的边界之间。您可以在探管麦克风和带弯头和接头的管道系统声学 - 三维中看到此功能的应用演示。
多层壳的声-结构耦合
声学和结构之间的多物理场耦合已扩展，现在支持多层壳物理场接口。通过此功能，您可以对涉及复合材料和其他多层结构的振动声学问题进行建模。请注意，您需要“复合材料模块”才能启用此功能。
多层壳接口现在支持以下多物理场耦合：
- 声-结构边界
- 热黏性声-结构边界
- 气动声学-结构边界
- 多孔介质-结构边界
声泳力功能改进
声泳力特征已重命名为声泳辐射力。此特征包含新的力表达式，由于其中考虑了声压场中颗粒周围形成的黏滞边界层和热边界层，因此更加精确。现在，您可以指定颗粒是固态还是液态。然后，您可以选择一个热力学损耗模型：理想、黏滞或热黏性。该特征可以与压力声学和热黏性声学结合使用，对颗粒分选和其他声流体应用进行建模。您可以在声悬浮器和微通道横截面上的声流模型中看到这个新特征。
射线声学新增功能
预览栅格释放位置
现在，当您使用从栅格释放特征从点栅格释放颗粒时，可以在图形窗口中预览颗粒的初始位置。在设置窗口的初始坐标栏中，单击预览初始坐标按钮可以查看作为点栅格显示的颗粒初始坐标。单击预览初始范围按钮可以查看初始坐标的空间范围（显示为边框）。通过这些按钮，您可以在运行研究之前检查颗粒的初始位置。
此外，当您右键单击研究节点并单击获取初始值时，可以预览所有释放类型的颗粒初始位置和速度。
新的释放类型：六边环型锥体
当您以锥体释放射线时，现在可以使用新的锥形分布类型：六边环型。对于六边环型锥体选项，射线从锥轴以均匀分布的角度释放，每个环比前一个环多六条射线。
各向同性散射壁条件
现在，您可以选择各向同性散射作为颗粒击中几何边界时的壁条件。与漫散射条件类似，各向同性散射条件使颗粒在面法向周围以随机采样的速度方向进行反射。不过，漫散射条件使用基于余弦定律的概率分布，而各向同性散射条件遵循的概率分布在半球的任何微分立体角上都给出相等的通量。
重命名的射线释放特征
COMSOL Multiphysics®5.5 版本已重命名射线释放特征。入口现在称为从边界释放，轴上的入口（在二维轴对称模型中）现在称为从对称轴释放。
声学中迭代求解建议的改进
对于包含声学模块接口和多物理场耦合的模型，已改进自动生成的求解器建议。此外，必要时 Vanka 预条件器可以正确处理拉格朗日乘子变量。新版本为以下耦合和耦合组合设置了常见迭代求解器建议：
- 声学 BEM-FEM 边界
- 声-结构边界
- 热黏性声-结构边界
- 声-热黏性声学边界
- 气动声学-结构边界
- 压电耦合
- 实体-壳连接
其他默认和求解器建议改进包括可压缩势流接口的迭代求解器建议。在对流声学仿真中耦合可压缩势流和线性势流时，可以使用新的稳态-频域和稳态-瞬态求解器配置。已为通过声-结构边界多物理场耦合将压力声学耦合到固体力学的模型添加了第二个迭代求解器建议。最后，为线性欧拉接口添加了更好的默认求解器。您可以在敞开式扬声器箱中的驱动器模型中看到这些改进。
用于大型声学问题的新求解器
对于用压力声学，频域接口建模的频域仿真，新版本引入了两种专门的迭代求解器方法，用于模拟高频下的有限元法模型。首先，域分解方法现在支持对域边界使用吸收边界条件，这对于将域分解用于频域声学的集群计算非常重要。其次，复移位拉普拉斯算子 (SL) 方法可用于常规的多重网格预处理器和域分解方法。当不使用集群时，多重网格替代方法是求解大型问题的最佳选择。
使用这一新功能，您可以求解比以前更大型的声学模型。例如，一个汽车驾驶室内部声学模型现在可以求解高达 7 kHz 的频率，使用 105 GB 的 RAM 可以求解 8350 万个自由度，而在较早版本的软件中，它只能收敛至约 3 kHz。由于频域声学大约与频率的立方成比例，因此这相当于数量级更大的仿真。您可以在汽车驾驶室声学 - 频域分析模型中看到此功能的应用演示。
重组模型向导树和案例库
随着新的弹性波，时域显式接口的引入，模型向导树中的物理场接口位置已更新，其中包含两个新分支：弹性波和管道声学。为了更好地了解现有和许多新的教学案例，“案例库”类别也已更新为新类别：
- 弹性波
- 教学案例，压力声学
- 教学案例，管道声学
- 教学案例，热黏性声学
声学模块的重要改进
- 在外场计算特征中
- 可以通过输入偏移值来指定无限对称和反对称平面的位置
- 后处理新增功能
- 倍频带图可以选择使用 1/6 倍频程
- 参考方向可以在二维模型的一维辐射方向图绘图中设置
- 方向性绘图带有真实的对数轴，已移至一维绘图组
- 对于排除边和排除点选项
- 已为以下接口中的所有约束类型边界条件（狄利克雷条件）添加：
- 热黏性声学接口
- 线性纳维-斯托克斯接口
- 线性欧拉接口
- 处理过度约束的问题，并简化边界条件的某些组合
- 选择查看高级物理场选项后可用
- 已为以下接口中的所有约束类型边界条件（狄利克雷条件）添加：
- 用于比声阻抗的的单位 "rayl"
- 在 SI 单位中可用：
[rayl] - 在 cgs 单位中可用：
[rayls_cgs]
- 在 SI 单位中可用：
- 表面应力变量存在于以下接口的外部和内部边界：
- 热黏性声学接口
- 线性纳维-斯托克斯接口
- 阻抗边界条件有一个新的吸收系数选项
- 可简化某些测量表面阻抗数据的输入
- 在较高频率范围内有用
- 适用于所有压力声学接口
- 可简化某些测量表面阻抗数据的输入
- 压力声学接口中的特征比阻抗条件
- 适用于以给定角度向边界传播的波
- 对已求解的问题的先验知识可以显着改善简单的非反射条件
扩展了对 Jiles–Atherton 磁滞的支持
非线性磁致伸缩材料已经扩展为包含磁滞 Jiles–Atherton 模型，适用于研究电力变压器和旋转电机等应用中的滞后损耗效应。模型参数与磁性材料的微观物理效应有关，也可以根据实验数据进行估算。
此外，磁滞Jiles–Atherton材料模型已扩展为支持参数化稳态研究（除先前可用的“瞬态”分析外）。铁磁磁滞现象与中低频率无关，可以使用参数化稳态研究进行分析，例如在研究磁化和消磁时。该功能需要“AC/DC 模块”以及“结构力学模块”、“声学模块”或“MEMS 模块”之一。
载荷可视化
现在，所有结构力学物理场接口都支持将施加的机械载荷作为默认绘图。由于载荷图与解相关，因此，使用新的解更新数据集时，箭头方向和颜色都会更新。即使是抽象载荷（如作用在刚性连接件和刚性域上的力和力矩），也会在它们的真正应用点上绘制出来。新版本为此功能引入了一个新的箭头类型，用于绘制作用力矩。超过 100 个模型使用这个新功能进行了更新。
新的教学案例
5.5 版本新增并更新了多个教学案例。
混凝土墙的声传输损耗
“案例库”标题：
sound_transmission_loss_concrete
OW 微型扬声器：仿真和与测量的相关性
“案例库”标题：
ow_microspeaker
耵聍挡板声学：转移矩阵计算
“案例库”标题：
wax_guard_acoustics
头部和躯干 HRTF 计算
“案例库”标题：
head_torso_hrtf
声信号分离器的形状优化
“案例库”标题：
demultiplexer_shape_optimization
地震后的地面运动：一座小山的散射
“案例库”标题：
ground_motion_seismic_event
各向同性-各向异性试样：弹性波传播
案例库标题：
isotropic_anisotropic_sample
声学频带的网格重新划分
浸入式超声检测装置
探管麦克风
“案例库”标题：
probe_tube_microphone
带弯头和接头的管道系统声学 - 三维
“案例库”标题：
acoustics_pipe_system
阻抗管参数估计和数据生成
“案例库”标题：
impedance_tube_parameter_estimation_data
球形散射体：BEM 基准模型
“案例库”标题：
spherical_scatterer_bem_benchmark
声学隐形
“案例库”标题：
acoustic_cloaking