[發(fā)明專利]一種二維非緊致邊界聲散射的邊界元計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710265667.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107220212B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉秋洪;蔡晉生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 俞曉明

本發(fā)明公開(kāi)了一種二維非緊致邊界聲散射的邊界元計(jì)算方法，屬于聲學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：將非緊致邊界離散成一系列網(wǎng)格單元并確定各網(wǎng)格單元的幾何參數(shù)；對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)觀察點(diǎn)x，及任意兩個(gè)網(wǎng)格單元z_m和z_n，確定自由空間格林函數(shù)G(x,z_n,ω)、G(z_m,z_n,ω)及根據(jù)G(x,z_n,ω)、G(z_m,z_n,ω)和確定聲源趨于z_n時(shí)非緊致邊界的散射聲場(chǎng)p(x,z_n,ω)；對(duì)觀察點(diǎn)x、聲源點(diǎn)y和邊界上的點(diǎn)z_n，確定自由空間格林函數(shù)G(x,y,ω)、G(z_n,y,ω)及根據(jù)p(x,z_n,ω)、G(x,y,ω)、G(z_n,y,ω)和確定由聲源點(diǎn)y產(chǎn)生的聲波傳播到觀察點(diǎn)x處的聲場(chǎng)p(x,y,ω)。本發(fā)明的邊界元方法在求解非緊致邊界的聲散射時(shí)將聲源趨于散射邊界，當(dāng)聲源與邊界的距離遠(yuǎn)小于網(wǎng)格單元的特征尺寸時(shí)，邊界網(wǎng)格單元仍能當(dāng)常單元處理，在相同邊界網(wǎng)格離散條件下計(jì)算精度相對(duì)于傳統(tǒng)邊界元方法大大提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲學(xué)領(lǐng)域，更具體的涉及一種二維非緊致邊界聲散射的邊界元計(jì)算方法。

背景技術(shù)

頻域下，聲學(xué)波動(dòng)方程一般表示為

式中，為為L(zhǎng)aplace算子，ω、k、p和γ分別為圓頻率、聲學(xué)波數(shù)、聲壓和聲源強(qiáng)度，且k＝ω/c₀，c₀為聲速。

聲波傳播的空間中往往存在著固體邊界，如果邊界的幾何特征尺寸大于或者接近于聲波的波長(zhǎng)，則邊界是聲學(xué)非緊致的，聲源激發(fā)的噪聲輻射到邊界上時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)。聲傳播的計(jì)算可以采用邊界元方法，當(dāng)聲源位于y點(diǎn)、觀察點(diǎn)位于x點(diǎn)時(shí)，對(duì)聲學(xué)硬邊界聲散射，聲學(xué)波動(dòng)方程的解為

式中：G(x,y,ω)為頻域自由空間格林函數(shù)，z為散射邊界上的點(diǎn)。邊界元方法的要點(diǎn)包括：首先，將固體邊界離散成一系列網(wǎng)格單元，并假設(shè)每個(gè)網(wǎng)格單元上的散射聲壓大小相同；然后，將觀察點(diǎn)置于散射邊界上的z點(diǎn)，利用上述聲學(xué)波動(dòng)方程求解邊界處的聲散射p(z,y,ω)；最后，利用p(z,y,ω)和聲學(xué)波動(dòng)方程求解遠(yuǎn)場(chǎng)x點(diǎn)處的聲場(chǎng)。邊界元方法僅需離散固體邊界，具有計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)。但是在氣動(dòng)噪聲問(wèn)題中，邊界層內(nèi)的聲源與固體邊界的距離遠(yuǎn)小于邊界網(wǎng)格單元的特征尺寸，此時(shí)同一邊界網(wǎng)格單元上各點(diǎn)的聲散射不相同，也就是說(shuō)此時(shí)的網(wǎng)格單元不能當(dāng)常單元處理，否則會(huì)使計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)很大誤差。為了提高計(jì)算精度，需要將邊界網(wǎng)格加密，使邊界網(wǎng)格的特征尺寸接近聲源與固體邊界的距離，這就需要大量的網(wǎng)格單元，導(dǎo)致計(jì)算效率非常低，從而限制了邊界元方法在氣動(dòng)聲學(xué)分析中的應(yīng)用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，存在傳統(tǒng)邊界元方法在聲源非?？拷腆w邊界時(shí)聲散射計(jì)算效率低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種二維非緊致邊界聲散射的邊界元計(jì)算方法，用以解決傳統(tǒng)邊界元方法在聲源非?？拷腆w邊界時(shí)聲散射計(jì)算效率低的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種二維非緊致邊界聲散射的邊界元計(jì)算方法，包括：

建立邊界元模型，將非緊致邊界S離散成M個(gè)邊界網(wǎng)格單元；

確定各邊界網(wǎng)格單元的中心點(diǎn)z_m、單位外法線方向n(z_m)和面積s(z_m)，以及聲源的強(qiáng)度γ和圓頻率ω；