【经验分享】用Abaqus模拟出吉他声音?


前言

   

入行CAE很久了,我斗胆来谈谈这方面的学习经验吧,因为总有朋友留言问起,今天我来回应一下。由于工作原因我也接触过不少别的软件,但用的不多,不便多说,今天的经验就只是Abaqus方面的,希望对一些正在学习这个软件的朋友们有所帮助。

大概15年开始,出于兴趣,我在工作之余做了一些有意思的Abaqus仿真,后来一位好友到十部出差,看到之后建议我发个公众号,我觉得这个主意不错就发了,有幸通过这个媒介认识了一些业内前辈和朋友们。

由于工作性质,上班做的军工产品仿真绝对不能公开,不过事实证明,发一些其他类型的案例也是有用的,因为原理相通,搞定一个可以举一反三,应用到自己的工作中去。几年来,还是有不少人从我提供的模型和建模方法中得到了帮助,这一点让我觉得这样做是有价值的。

要说Abaqus学习经验的话,我愿意从以下3个方面来讲:入门筑基发挥



 

向前辈学习

 


我记得研究生阶段第一次去教研室,于老师安排师兄为我们几个新生讲Patran,虽然是一个小算例,但是对于新手来说是非常重要的,因为学习任何一项技能,不会总是有人能手把手带你入门的,这样的机会很少,很幸运参加工作之后我也能有这样的机会,十部的师兄领导也教我学会很多Abaqus技能。

在Simwe仿真论坛/技术邻上也有很多非常优秀的仿真专家、前辈,有时一个烧脑的概念想不明白了,搜一下就有一针见血的回答,运气好的话还有大佬提供的模型可以下载学习。

就我个人而言,因为公众号这个平台,也结识了以前只在论坛上听说过的大神、Abaqus畅销书作者以及达索系统的一些前辈和朋友们,他们也给过我很多学习的机会和便利,在此我深表感谢。



 

多看帮助文档

 


所谓“师傅领进门,修行在个人”,如何修行筑基?我的建议是一定要多看帮助文档,一些新手听见让看帮助文档就很烦,但我负责任的告诉你,这是学好Abaqus永远绕不开的话题,因为究极Abaqus主要应用,无非是把你的想法通过一定的手段,转换成inp文件中的关键字与数据行,具体怎么转换全部都写在帮助文档里了。

Abaqus有哪些关键字?格式如何?什么情况下能够使用?帮助文档里写的清清楚楚、明明白白,并附有实例文件供下载,对于Abaqus学习来说,这就是一个大宝藏。

建议按下图的官方指示使用帮助文档,入门时学习一下Getting Started,这部分有Step By Step的建模教学,并教你如何运行和查看计算结果,接下来可以借助提供的案例模型,探索使用界面和编辑关键字两种手段涉及到的建模技术,有了一定基础便可尝试拓展至前后处理或求解层面的二次开发。

Abaqus帮助文档使用方式简介

Abaqus的帮助文档具有非常强大的搜索和inp抓取功能,它还是多维度的说明书,一个关键应用,会从理论分析技术(建模、求解控制、单元、接触、约束等)案例模型(例题、基准、验证)关键字格式乃至二次开发接口等几个方面进行详细说明,用户可以通过超链接瞬间跳转到另一个维度,最重要的是目前它是免费的,不管你有没有License都可以浏览在线版帮助文档。由于其较强的学术性,很多高校都开放了这个门户,网上一搜就有很多在线版可用,比如abaqus-docs.mit.edu,而官方的在线帮助文档只需注册一个达索3DEXPERIENCE ID就能浏览。要知道早期的帮助文档是收费的!而且价格不菲,下面是通过网站时光机(Wayback Machine)穿越到HKS公司1997年的网页,可以看到ABAQUS 5.6版帮助文档的报价明细,美国境外购买全套是1502美元,按当时的汇率就是12451人民币,97年啊朋友们,是不是很贵?

早期的Abaqus帮助文档价格



 

兴趣的力量

 


在兴趣的加持下,人可以变得专注,一旦专注起来,很多困难会迎刃而解。我做的很多仿真实际上就是始于兴趣,再结合自己经验和知识进行的发挥。搞仿真之前,我的兴趣是物理,因为中学读了一本书,作者讲述爱因斯坦一生的同时,在书中夹带的关于宇宙时空的想象,差点使我走火入魔,当时看完后非常兴奋,立志要当物理学家,专门画了一幅爱因斯坦的肖像贴在卧室,表达崇敬,直到高二时还满脑子都是光速、时间机器,专门让我哥帮忙从北京王府井书店买了另外三本书:《自然哲学的数学原理》、《狭义与广义相对论浅说》,《微积分教程》,上课时偷偷地看。

年少时的做过梦

中二的物理学家幻想之毒,能持续很久,大学时人家抱起吉他在想如何把妹,我抱起来在疑惑吉他指板上的品格长度为什么会越来越短?然后就假装自己是物理学家推导了一下品格长度和泛音点,计算结果和我实际测量的是一样的!这个过程给我带来一种无法言喻的奇妙乐趣。

后来这种乐趣转移到了Abaqus建模上了,比如用有限元计算出吉他的振动,再转换成声音。下面这个工况是空弦琶音,和之前那篇Abaqus模拟欧拉盘的声音不同之处是,这次没有用那个Python脚本,因为经过多次确认我发现它没考虑音高,最后用媳妇写的MATLAB程序转的,通过校音器和别的音频软件测了一下转换的声音,和吉他标准调弦音(EADGBE)是完全一致的,如果你有绝对音感,那打开下面的视频链接听一下就知道了:


Abaqus模拟出的吉他声音


吉他是全尺寸建模:考虑了音梁、弦枕、琴径内的拉力钢筋、琴弦直径等细节,并且弦的预紧力是严格按照标准调弦的拉力计算的,只是这个模型里没考虑声学单元,提取的数据是琴头的振动响应,所以音色非常单薄,没有声腔的共鸣效果,这些工作去年的一月份就完成了,一直没跟大家分享就是觉得还不完美。下一步我的想法是把声场加进去,提取声压数据做出逼真的吉他声。其实已经初步做一个声固耦合模型了,但是声音有点诡异,跟恐怖片背景音一样,有点吓人,就先不放出来了,我再找找问题吧。

我做的可以公开的模型还有很多,目前发到公众号里的不到30%,我也想多发一些,一方面不有时间给大家分享,另一方面我看到有少数人拿我提供的模型肆意交易,也慢慢的失去动力了,哎,我看我还是调整一下心态吧,尽量不那么小气。

一些别的模型

话说回来,我也不会因少数人忘了创办这个公众号的初心,下期我会给大家分享一下如何来实现一个工程应用:产品包装袋填充-切割一体化生产线模拟。

产品包装袋填充-切割一体化生产线

另外,我之前承诺要录制的Abaqus免费基础课视频已经上线,7月7号的时候已经在技术邻发帖,但视频播放出了点问题,目前已经可以看了~想入门Abaqus或夯实Abaqus基础的可以点击传送门直接跳转→基础课