[發(fā)明專利]一種輕流體下和結(jié)構(gòu)的聲振耦合的模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210845618.2
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN114912333B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣光南;曾奇
• 申請（專利權(quán)）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

本發(fā)明涉及一種輕流體下和結(jié)構(gòu)的聲振耦合的模擬方法，建立施加結(jié)構(gòu)上的每單位面積的外力情況下的結(jié)構(gòu)位移和流體中聲壓方程；建立耦合問題的變分公式；對變分公式有限元離散化為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣、作用于結(jié)構(gòu)上的外部加載節(jié)點向量、流體的動能和壓縮能矩陣以及結(jié)構(gòu)與流體之間的表面耦合矩陣后，采用流體?結(jié)構(gòu)界面的有限元離散化，獲得耦合系統(tǒng)方程的離散化；耦合系統(tǒng)投影到非耦合系統(tǒng)和流體模態(tài)基礎(chǔ)上，計算出結(jié)構(gòu)的動能和流場內(nèi)聲壓的分布情況。在流體弱耦合的情況下，使用耦合的模態(tài)基能準確計算出結(jié)構(gòu)的動能和流場內(nèi)聲壓的分布情況，實現(xiàn)動能和聲能的能量轉(zhuǎn)化。有效的預(yù)測結(jié)構(gòu)和流體的變化導致的聲能結(jié)果的改變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聲振耦合技術(shù)，特別涉及一種輕流體下和結(jié)構(gòu)的聲振耦合的模擬方法。

背景技術(shù)

通常，我們必須研究結(jié)構(gòu)與周圍流體相互作用的問題。這種相互作用的重要性取決于流體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的特點。一個表征板狀結(jié)構(gòu)耦合量的簡單準則公式如下：

其中：h_s表示結(jié)構(gòu)的厚度；ρ_s表示結(jié)構(gòu)的密度；ρ₀表示流體的密度；c₀表示流體中的聲速；ω_c表示結(jié)構(gòu)的特征頻率。

對于β_c1，耦合被認為是弱的。這通常是結(jié)構(gòu)與輕流體耦合的情況。在這種情況下，可通過如下方法來表征系統(tǒng)的振動聲學行為。它包括兩個步驟：

1）通過忽略與流體的耦合來計算結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)；

2）以結(jié)構(gòu)位移作為邊界條件計算聲響應(yīng)。

對于β_c1或≈1，耦合被認為是強的。這是當結(jié)構(gòu)在重流體內(nèi)輻射時的情況。在這種結(jié)構(gòu)中，流體改變了結(jié)構(gòu)的振動和聲學響應(yīng)。為了充分地模擬這種情況，有必要考慮流體的負荷。換句話說，必須同時求解控制波在流體和結(jié)構(gòu)中傳播的耦合方程。

不同類型的流體-結(jié)構(gòu)相互作用耦合問題主要可分為三類：

1）內(nèi)部問題：在這種情況下，流體域是有界的。用于解決耦合問題的公式通常是基于流體和結(jié)構(gòu)的有限元方法。

2）外部問題：在這種情況下，流體域是無界的。用于解決耦合問題的公式是基于結(jié)構(gòu)的混合有限元法和流體的邊界元法。

3）內(nèi)部/外部問題：在這種情況下，結(jié)構(gòu)耦合了兩個流體域。內(nèi)部域是有界的，外部域是無界的（例如一個結(jié)構(gòu)與內(nèi)部腔耦合并在重流體中輻射的聲輻射）。可以將結(jié)構(gòu)有限元法與內(nèi)流體域和外流體邊界元相結(jié)合。

將強耦合中對內(nèi)部問題解決方法用于弱耦合明顯不適應(yīng)，而忽略結(jié)構(gòu)與輕流體耦合中流體-結(jié)構(gòu)相互作用耦合問題中的內(nèi)部問題不利于結(jié)構(gòu)與周圍流體研究發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對流體-結(jié)構(gòu)相互作用耦合問題中流體在內(nèi)部問題，提出了一種輕流體下和結(jié)構(gòu)的聲振耦合的模擬方法，特別適用于弱耦合下，模擬結(jié)構(gòu)和流體聲音振動大小的。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種輕流體下和結(jié)構(gòu)的聲振耦合的模擬方法，具體包括如下步驟：

1）控制方程建立：設(shè)結(jié)構(gòu)Ω_s是線彈性的，內(nèi)部流體Ω_f是均勻的、理想的和靜止的流體，建立施加結(jié)構(gòu)上的每單位面積的外力情況下的結(jié)構(gòu)位移和流體中聲壓方程；