[發明專利]一種水面荷葉冰覆蓋的冰水混合界面仿真方法

有效

• 申請號: 201910909463.2
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110705155B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳文劍;殷敬偉;柳榮華;胡思為;郎鵬遠;孫輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種水面荷葉冰覆蓋的冰水混合界面仿真方法，屬于水下目標聲散射領域；包括在平面上生成均勻分布的點，利用Delaunay三角面元劃分方法，將平面上的點組成一系列三角形，然后得到每個三角形的內切圓，最后將每一個內切圓變形為邊緣不規則的圓，每個不規則圓為一個荷葉冰，進而仿真得到水面荷葉冰覆蓋時的冰水混合界面。本發明把荷葉冰形狀考慮為邊緣不規則的圓形，仿真的冰水混合界面更符合荷葉冰覆蓋的實際情況；本發明可通過參數調節，得到不同荷葉冰分布密度的冰水混合界面；且算法簡單，易于計算機編程實現，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及一種水面荷葉冰覆蓋的冰水混合界面仿真方法，屬于水下目標聲散射領域。

背景技術

界面對水下聲傳播特性具有重要影響，在極地海域，海水的上界面會有冰層覆蓋，其中浮冰覆蓋的冰水混合界面是其中的一種界面形態。浮冰是指漂浮在海面上、相對平坦的海冰，荷葉冰是浮冰形成發展階段中一種類型，荷葉冰又稱餅浮冰，其形狀主要呈邊緣不規則的圓形。

浮冰的模擬是不同學科應用中的一個重要和基礎的技術方法。在冰力學研究中，用規則形狀的浮冰進行近似模擬，如圓形(Eugene?B.Karulin，Marina?M.Karulina，Numerical?and?physical?simulations?of?moored?tanker?motion?under?change?ofice?drift?direction，Ships?and?Offshore?Structures，6(3)，2011；季順迎，李紫麟，李春花等，碎冰區海冰與船舶結構相互作用的離散元分析，應用力學學報，30(4)，2013)、正方形(郭春雨，李夏炎，王帥等，冰區航行船舶碎冰阻力預報數值模擬方法，哈爾濱工程大學學報，37(2)，2016)。在冰下聲散射研究中，專利“一種水面浮冰覆蓋的冰水混合界面仿真方法(申請號：2018105324486)”中模擬了塊浮冰覆蓋的冰水界面，將塊浮冰形狀模擬成為隨機多邊形。

荷葉冰為邊緣不規則的圓形，為了數值計算荷葉冰覆蓋時冰水混合界面的散射聲場，需要建立對應冰水混合界面幾何模型，但是，現有簡化模型方法及塊浮冰模型方法不能模擬荷葉冰形狀的問題。

發明內容

本發明的目的是為了計算荷葉冰覆蓋的冰水混合界面的散射聲場而提供一種水面荷葉冰覆蓋的冰水混合界面仿真方法，主要是數值計算冰水混合界面散射聲場時，模擬建立不同荷葉冰分布密度情況時的冰水混合界面幾何模型。

本發明的目的是這樣實現的，具體包括以下步驟：

步驟1、輸入仿真界面的大小為L×L，荷葉冰分布密度n，由公式計算得到界面上隨機點個數M，M為整數；

步驟2、計算機生成兩列數量為M的隨機數，隨機數取值范圍在[0，L]范圍內，且均勻分布在[0，L]范圍內，兩列隨機數分別對應x和y坐標；

步驟3、利用Delaunay三角面元劃分方法，將平面上的點組成一系列三角形；

步驟4、取步驟3中得到的一個三角形，求三角形的中心點，以中心點到三角形邊的垂直距離為半徑做內切圓；

步驟5、對步驟3中得到的所有三角形都進行步驟4的計算，得到平面上一系列獨立分布的圓；

步驟6、取步驟5中得到的一個圓，圓的半徑為r，計算其周長C，圓邊界上共有N個點，取N個幅度服從[-αr，αr]范圍內均勻分布的隨機數，α的取值范圍為[0，0.5]，隨機數的x坐標對應x軸上[0，C]范圍內等間隔點的坐標值；

步驟7、把步驟6中得到的N個隨機數進行低通濾波，然后把濾波后的每一個數與對應圓邊界上每一點的半徑r相加，得到一個邊緣不規則的圓；

步驟8、對步驟5中的所有圓進行步驟6和步驟7的計算，得到平面上多個相互獨立的邊緣不規則的圓，每個圓為一個漂浮的荷葉冰，圓之間的空隙為水，即得到水面荷葉冰覆蓋的冰水混合界面。