[發明專利]一種輕流體下和結構的聲振耦合的模擬方法

有效

• 申請號: 202210845618.2
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN114912333B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 蔣光南;曾奇
• 申請（專利權）人: 上海索辰信息科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/16;G06F17/11;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;徐穎

1.一種輕流體下和結構的聲振耦合的模擬方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1）控制方程建立：設結構Ω_s是線彈性的，內部流體Ω_f是均勻的、理想的和靜止的流體，建立施加結構上的每單位面積的外力情況下的結構位移和流體中聲壓方程；

2）在步驟1）基礎上，建立耦合問題的變分公式：在結構和內部流體定義的正則容許函數，再應用格林公式，獲得壓力流體加載條件下結構方程的弱積分公式和結構邊界位移作用下流體方程的弱積分公式；

3）對步驟2）公式有限元離散化為結構的質量矩陣和剛度矩陣、作用于結構上的外部加載節點向量、流體的動能和壓縮能矩陣以及結構與流體之間的表面耦合矩陣后，采用流體-結構界面的有限元離散化，獲得耦合系統方程的離散化；

4）在不可壓縮流體情況下，根據節點值對耦合系統的直接解析或模態分解的方法求解步驟3）耦合系統方程，得到結構的位移；

5）可壓縮流體情況下，耦合系統投影到非耦合系統和流體模態基礎上，計算出結構的動能和流場內聲壓的分布情況。

2.根據權利要求1所述輕流體下和結構的聲振耦合的模擬方法，其特征在于，所述流體為氣體或液體。

3.根據權利要求2所述輕流體下和結構的聲振耦合的模擬方法，其特征在于，所述結構位移和流體中聲壓方程寫為如下：

線性彈性動力學方程：（1）,在結構Ω_s內，

其中為結構應力張量，ρ_s為結構密度， 為結構位移場，ω為振動頻率；

施加在結構Ω_s上的每單位面積的外力：

（2）,在外表面?Ω_s,F上，

由結構與內流體連接表面?Ω_w上的內部流體引起的結構上的單位面積的力：

（3）,在內表面?Ω_w上，

其中為流體中的聲壓，和分別是結構和流體的向外法線；

施加的位移向量：（4）,在表面?Ω_s,u上；

亥姆霍茲方程：（5）,在流體Ω_f內，

其中k =ω /c₀是Ω_f中的波數，c₀為聲速；

結構?Ω_s表面的流體和結構法向的位移連續，

，則線性化的歐拉方程：

（6）,在內表面?Ω_w內，

其中ρ₀為流體密度。