本文選題：結(jié)構(gòu)振動聲輻射 + 格點型有限體積法�。� 參考：《哈爾濱工程大學》2014年博士論文

【摘要】：在噪聲控制工程領(lǐng)域內(nèi),了解系統(tǒng)聲振特性,是設(shè)計優(yōu)化低噪聲設(shè)備的前提。基于數(shù)值方法模擬結(jié)構(gòu)振動聲輻射,能夠為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。結(jié)構(gòu)振動聲輻射數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)包括結(jié)構(gòu)振動的計算方法、聲輻射的計算方法及多物理場耦合求解方式等。本文基于格點型有限體積法(FVM)建立統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)振動、聲輻射求解方法,利用界面耦合條件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)聲耦合計算,將建立的數(shù)值求解流程程序化,形成通用的數(shù)值模擬軟件。針對結(jié)構(gòu)振動問題,采用三角形單元、四邊形單元、四面體單元、三棱柱單元及六面體單元等5種單元劃分計算域,基于格點型FVM離散各向異性材料彈性力學控制方程,分別利用顯格式與隱格式算法求解離散方程,采用Fortran語言編程建立求解程序。針對已有文獻缺乏關(guān)于三棱柱單元的穩(wěn)定性判據(jù),通過對位移二階波動方程進行數(shù)值色散分析,給出三棱柱單元的穩(wěn)定性判據(jù),補充完善時間步長和空間步長的選擇依據(jù)。通過對四邊形單元進行改進處理,避免了位移場出現(xiàn)不合理的數(shù)值跳動。對比本文顯格式FVM、隱格式FVM與商用軟件ANSYS的計算精度、內(nèi)存和CPU耗時,評價兩種求解格式的數(shù)值性能。針對聲輻射問題,推導(dǎo)給出經(jīng)典聲波動方程、靜態(tài)非均勻介質(zhì)聲波動方程及均勻流聲波動方程的統(tǒng)一形式,給出由5種單元構(gòu)建二維聲場和三維聲場的格點型FVM和計算流程,形成顯格式、隱格式求解兩種算法,建立求解程序。通過討論經(jīng)典聲波動方程的有限差分方程色散關(guān)系,推導(dǎo)出5種單元的穩(wěn)定性判據(jù),為合理的選擇時間步長和空間步長提供依據(jù);分析網(wǎng)格尺寸、時間步長對計算結(jié)果的影響;通過在進出口應(yīng)用吸收邊界去除進出口邊界產(chǎn)生的反射波,改進現(xiàn)有時域脈沖法,該方法不需要過長的進出口管,僅需要一次計算就可獲得消聲器傳遞損失,具有計算效率高、計算消耗少的優(yōu)點。針對結(jié)構(gòu)聲耦合問題,結(jié)合建立的結(jié)構(gòu)振動求解方法和聲輻射求解方法,采用力平衡與加速度連續(xù)界面耦合條件,通過順序耦合求解,建立界面結(jié)構(gòu)聲耦合問題的格點型FVM和計算流程。討論基于界面端點和界面中點的兩種耦合界面處理方法的區(qū)別;分析對四邊形單元處理方式的改進對結(jié)構(gòu)聲耦合問題計算結(jié)果的影響;通過在結(jié)構(gòu)子域與聲學子域分別采用顯格式、隱格式求解,構(gòu)建出四種求解組合方式,數(shù)值結(jié)果表明顯顯、隱顯求解格式比較穩(wěn)定:為了提高算法的計算效率,引入不同時間步長技術(shù)。歸納基于非結(jié)構(gòu)格點型FVM的結(jié)構(gòu)振動聲輻射軟件的功能、設(shè)計思想及程序?qū)崿F(xiàn)過程,形成較完整的基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格三維結(jié)構(gòu)振動聲輻射計算軟件GTEA-SAI,并將其應(yīng)用于水下無限長圓柱、充水和氣封閉聲腔、水消聲器及水下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)聲耦合系統(tǒng)性能計算,可同時得到系統(tǒng)的時域響應(yīng)及頻域信息。數(shù)值結(jié)果表明,該軟件可以有效的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動聲輻射的傳播過程仿真和聲振性能預(yù)測。
[Abstract]:In the field of noise control engineering , it is the premise of designing and optimizing the low noise equipment . Based on the numerical method , a unified form of the structure vibration and acoustic radiation can be provided for the optimization design of the system . In order to improve the computational efficiency of the algorithm , the numerical results show that the explicit and implicit solution scheme is stable : In order to improve the computational efficiency of the algorithm and to introduce different time step sizes , the function , the design idea and the program realization process of the structure vibration acoustic radiation software based on the non - structural lattice type FVM are summarized . The time domain response and the frequency domain information of the system can be obtained simultaneously . The numerical results show that the software can be applied to the propagation process simulation and the acoustic performance prediction of the structural vibration acoustic radiation .

【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB535

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本文編號：1804221