[發(fā)明專利]一種淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910681465.0
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110399680B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張超;劉銥豪;商德江;肖妍;王曼;劉永偉;安步潮;尹琭
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/15;G06F119/10
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23210
• 代理人: 范欣

1.一種淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法，所述方法適用于高頻段輻射聲場，其特征在于，所述方法包括：

S1、在結(jié)構(gòu)聲源內(nèi)部設(shè)置I個點聲源，作為結(jié)構(gòu)聲源的等效源，I個等效源的位置位于與結(jié)構(gòu)聲源表面共形的面上；

S2、基于彈性結(jié)構(gòu)表面振速和點源格林函數(shù)，采用等效源法獲得結(jié)構(gòu)聲源內(nèi)部等效源的強度；

S3、在S2獲得的等效源的強度的基礎(chǔ)上，采用射線方法計算各個等效源的在需要計算場點的聲壓，將各個源的聲壓在相應(yīng)場點疊加，得到彈性結(jié)構(gòu)在需要計算場點的輻射聲場；

所述S2包括：

S21、建立柱坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點在海面，海底海面邊界與r軸平行，z軸垂直海面向下，結(jié)構(gòu)聲源的結(jié)構(gòu)幾何中心在z軸上，坐標(biāo)為z_s；

S22、根據(jù)海面海底邊界條件，求解點源的輻射聲場，作為該淺海信道環(huán)境下的點源格林函數(shù)G(r,z)；

S23、基于點源格林函數(shù)G(r,z)，計算各個等效源強度{q(Q_i)}與結(jié)構(gòu)聲源表面振速{u(P_s)}之間的關(guān)系矩陣函數(shù)[D_si]，其中

結(jié)構(gòu)聲源表面有S個點振速,P_s表示第s個表面點的坐標(biāo)，Q_i表示第i個等效源的坐標(biāo)，i＝1,2，…I，元素D_si表示第i個等效源的源強度到第s個表面點振速的函數(shù)傳遞關(guān)系，表示法向?qū)?shù)；

S24、根據(jù)S23得到的[D_si]，結(jié)合{q(Q_i)}＝[D_si]^-1{u(P_s)}，求解各個等效源強度{q(Q_i)}。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法，其特征在于，所述點源格林函數(shù)G(r,z)：

k_zn為深度方向波數(shù)，為第二類零階漢克爾函數(shù)，k_rn為r方向波數(shù)，n為簡正波號，N為截取的簡正波模式總數(shù)，j表示虛數(shù)D為水深。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法，其特征在于，所述S3，包括：

S31、基于射線聲學(xué)理論，在需要計算場點處，求解各個特征聲線：

S32、利用程函方程描述需要計算場點(r,z)處各個特征聲線經(jīng)過的路程：

其中，C為積分常數(shù)，n表示折射率；

S33、各個等效源的聲壓A：

其中，ρ為聲場介質(zhì)密度，c為聲速，α表示聲線掠射角，α₀為給定初始掠射角，表示r坐標(biāo)對聲源處掠射角α₀的導(dǎo)數(shù),W為單位立體角內(nèi)的輻射聲功率，W根據(jù){q(Q_i)}獲得；

S34、將公式一和公式二帶入公式三，得到各個特征聲線在場點處的聲壓p(r,z,t)：

t表示時間；

其中，k₀為初始位置處的聲波波數(shù)，k₀＝ω/c₀，ω為角頻率，c₀為初始位置聲速；

S35、利用S31至S34獲得所有等效源在場點處的聲壓，疊加后得到整個彈性結(jié)構(gòu)在需要計算場點處的聲壓。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法，其特征在于，利用所述S1至S3依次遍歷所有場點，計算得到整個輻射聲場的聲壓分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淺海彈性結(jié)構(gòu)輻射聲場計算方法，其特征在于，所述S31包括：

由斯奈爾定律和幾何關(guān)系求解出聲線的軌跡，滿足以下關(guān)系：

其中，α₀為給定初始掠射角，c(z)為聲速分布函數(shù)；

利用龍格庫塔法數(shù)值求解公式四，獲取在需要計算場點處的聲線的軌跡。