[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

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310036710.9
• 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

本發(fā)明公開了一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，涉及聲場預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，考慮將結(jié)構(gòu)動剛度與聲學(xué)邊界元耦合從數(shù)值技術(shù)實現(xiàn)手段，提供兩種思路實現(xiàn)，一種方法是先通過平板結(jié)構(gòu)動剛度方程得到計入流體負載的板殼橫向位移響應(yīng)，作為聲學(xué)邊界元聲場計算的輸入和邊界條件，最終獲得聲場分析結(jié)果，該方法直接簡明，可實現(xiàn)性強；另一種方法建立了橫向位移和聲學(xué)邊界元直接耦合的物理關(guān)系，即聯(lián)立板殼振動的橫向位移強迫振動控制方程和常量聲學(xué)邊界元矩陣形式的變形方程，形成位移?聲場耦合方程組，從而求解聲場分析結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲場預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法。

背景技術(shù)

大型船舶設(shè)備激勵源眾多、頻譜特征各異，其誘發(fā)的結(jié)構(gòu)振動和噪聲既包含豐富的低頻線譜成分，又有寬帶連續(xù)譜成分，因此全頻段振動噪聲預(yù)報技術(shù)成為船舶結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計各個階段的現(xiàn)實需求。遺憾的是，現(xiàn)有成熟的數(shù)值技術(shù)，如有限元、邊界元、統(tǒng)計能量分析等，因離散方式、分析變量等不同僅適用于特定頻段。近年來發(fā)展起來的動剛度法，由于其位移函數(shù)采用解析解，且離散誤差不依賴于頻率，有望成為全頻段振動噪聲預(yù)報的強有力潛在手段。

邊界元法是繼有限元法之后的另一種高效實用的數(shù)值方法，特別適用于無限域和半無限域內(nèi)流固耦合系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)報問題。其將無限域上的三維微分方程轉(zhuǎn)化為有限邊界上的二維積分方程，通過在邊界面上的離散實現(xiàn)維數(shù)下降，可以有效簡化計算。與有限元法相比，邊界元法具有降維、求解精度高、適用于無限域問題這三個優(yōu)點。

結(jié)構(gòu)有限元和聲學(xué)邊界元耦合方法已較為成熟，但鮮有人提出結(jié)構(gòu)動剛度法和聲學(xué)邊界元耦合方法。這兩種方法耦合難度較大，原因在于兩種方法分別為解析法和數(shù)值方法，對網(wǎng)格離散要求不同，且動剛度以自由邊位移作為自由度，邊界元以網(wǎng)格節(jié)點位移作為自由度，無法做到像結(jié)構(gòu)有限元-聲學(xué)邊界元可以獨立形成剛度或系數(shù)矩陣后再進行同步雙向耦合。目前也沒有公開文獻報道結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元直接雙向耦合的數(shù)值模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

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，包括如下步驟：

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)待定變量推導(dǎo)平板橫向振動動剛度方程；

根據(jù)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。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

本申請考慮將動剛度與聲學(xué)邊界元耦合從數(shù)值技術(shù)實現(xiàn)手段，提供兩種思路實現(xiàn)，一種方法是先通過平板結(jié)構(gòu)動剛度方程得到計入流體負載的板殼橫向位移響應(yīng)，作為聲學(xué)邊界元聲場計算的輸入和邊界條件，最終獲得聲場分析結(jié)果，該方法直接簡明，可實現(xiàn)性強；另一種方法建立了橫向位移和聲學(xué)邊界元直接耦合的物理關(guān)系，即聯(lián)立板殼振動的橫向位移強迫振動控制方程和常量聲學(xué)邊界元矩陣形式的變形方程，形成位移-聲場耦合方程組，從而求解聲場分析結(jié)果。

附圖說明

圖1是本申請實施例一提供的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法流程圖。

圖2是本申請?zhí)峁┑膶⑵桨灞砻鎰澐殖啥鄠€網(wǎng)格單元的示意圖。

圖3是本申請實施例二提供的基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步說明。

實施例一：

如圖1所示，本實施例提供了一種基于結(jié)構(gòu)動剛度和聲學(xué)邊界元耦合的聲場計算方法，包括如下步驟：