[發(fā)明專利]一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法

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• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN115982524A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏子天;殷學(xué)文;吳文偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶科學(xué)研究中心
• 主分類號: G06F17/12
• 分類號: G06F17/12;G06F17/18;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

1.一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，其特征在于，所述方法包括：

構(gòu)建平板橫向振動控制方程，并采用級數(shù)展開方式求解待定變量；

根據(jù)所述待定變量推導(dǎo)平板橫向振動動剛度方程；

根據(jù)所述平板橫向振動動剛度方程和光滑的結(jié)構(gòu)流體交界面的Helmholtz積分方程，計算得到任意場點的聲壓值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，其特征在于，所述構(gòu)建平板橫向振動控制方程的方法包括：

構(gòu)建引入流體負載的平板橫向振動控制方程，表達式為：

其中，_D＝Eh³/12(1-ν²)，ω是圓頻率，E是楊氏模量，ν是泊松比，h是結(jié)構(gòu)厚度；結(jié)構(gòu)面密度m_s＝ρh，ρ是結(jié)構(gòu)密度，ρ₀是流體密度；w作為待定變量表示橫向位移，所述橫向位移是垂直于平板方向的位移；k_b＝(ρhω²/D)^1/4，k₀＝ω/c，c為聲波在流體中的傳播速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，其特征在于，所述采用級數(shù)展開方式求解待定變量的方法包括：

采用改進Gorman疊加法，得到所述引入流體負載的平板橫向振動控制方程在任意邊界條件下的橫向位移解為：

w＝w₁+w₂；

其中，a、b為平板的長和寬；M為cos函數(shù)展開項數(shù)；X_m(x)、Y_m(y)為待定卷積項，(x,y)為平板上任意點坐標。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，其特征在于，根據(jù)所述待定變量推導(dǎo)平板橫向振動動剛度方程的方法包括：

根據(jù)所述橫向位移確定平板四條自由邊的位移列陣q^out和外載荷列陣Q^out；

對所述位移列陣q^out和外載荷列陣Q^out分別在投影基上進行投影，得到所述位移列陣q^out和外載荷列陣Q^out分別關(guān)于待定系數(shù)列陣C^out的關(guān)系方程為：

其中，是位移列陣q^out進行cos級數(shù)展開時的卷積系數(shù)；是外載荷列陣Q^out進行cos級數(shù)展開時的卷積系數(shù)；是的系數(shù)矩陣，是的系數(shù)矩陣，為已知量；

聯(lián)立這兩個關(guān)系方程消去C^out，得到引入流體負載的平板橫向振動動剛度方程為：

其中，K^out是平板橫向振動動剛度矩陣，且

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，其特征在于，根據(jù)所述平板橫向振動動剛度方程和光滑的結(jié)構(gòu)流體交界面的Helmholtz積分方程，計算得到任意場點的聲壓值的方法包括：

將平板表面進行離散處理，劃分得到多個網(wǎng)格單元；當外載荷已知時，根據(jù)所述引入流體負載的平板橫向振動動剛度方程和網(wǎng)格單元的節(jié)點坐標，確定各個網(wǎng)格單元的平均振速

對于光滑的結(jié)構(gòu)流體交界面，相應(yīng)的Helmholtz積分方程為：

式中，S、E、V分別表示結(jié)構(gòu)體的外表面、外域以及內(nèi)域；Q為源點，P為場點；v_n為結(jié)構(gòu)體表面上節(jié)點處的外法向速度；p(P)為場點聲壓；D(Q,P)為Q點處的基本解，有：

式中，r為源點到場點之間的距離，r＝|P-Q|；

將平板表面聲壓數(shù)值離散后，常量聲學(xué)邊界元矩陣形式的方程為：

其中，H、C為邊界元系數(shù)矩陣，為各個網(wǎng)格單元的平均振速組成的平板表面平均振速列陣，NEL為單元數(shù)；

求解所述常量聲學(xué)邊界元矩陣形式的方程得到平板表面聲壓p，再根據(jù)邊界積分方程得到任意場點的聲壓值。