潛艇輻射噪聲是衡量其生存能力和作戰(zhàn)性能的重要指標(biāo),是影響聲隱身性能的主要因素。對水下結(jié)構(gòu)的振動與聲輻射進(jìn)行預(yù)報,是減振降噪、聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)。因此,在保證預(yù)報準(zhǔn)確性的同時,提高水下大型結(jié)構(gòu)的預(yù)報計算效率,對潛艇聲隱身技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文以實現(xiàn)水下結(jié)構(gòu)聲輻射的快速預(yù)報為主要研究內(nèi)容,針對經(jīng)典聲學(xué)邊界元法在存在的特征頻率處矩陣奇異的問題,提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法;針對邊界元法計算量和內(nèi)存占用量大的問題,從近似的角度出發(fā),提出了壓縮邊界元矩陣、提高求解速度的方法;針對有限元-邊界元耦合矩陣數(shù)值特性復(fù)雜、求解困難的問題,提出了基于區(qū)域分解思想的快速求解方法。首先根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的頻域方程與聲輻射預(yù)報的邊界元法,推導(dǎo)了自由場中結(jié)構(gòu)振動聲輻射的有限元-邊界元方程。針對邊界元法在特定頻率下出現(xiàn)矩陣奇異的問題,提出了改進(jìn)的CHIEF方法。該方法不僅解決了矩陣奇異問題,還克服了 CHIEF方法形成超定方程的缺點,使求解效率得到提高。將有限元-邊界元法應(yīng)用于水下典型球殼與圓柱殼的聲輻射預(yù)報中,通過將計算結(jié)果與理論解、SYSNOISE軟件計算結(jié)果對比,驗證了方法的有效性,詳細(xì)分析了改進(jìn)CHIEF方法對... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１外場聲輻射問題示意圖??Ｆｉｇ?２．２?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｓｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｂｌｅｍ??

可以直接通過上式求出域內(nèi)任意一點的聲壓值。但由于邊界上的聲壓值還不知道，因此，??在運用式（２－１０）求解場點聲壓時，須先求出邊界上的聲壓值。為此，需要將Ｘ點移到振??動體表面上，以求出邊界上的聲壓值。如圖２．３所示，Ｘ為邊界面５■上的某個源點。假??設(shè)振動體的邊界面在Ｚ點處有唯一的法向向量，這樣，我們可以通過在Ｆ內(nèi)取一個半徑??的半球面＾將義點包圍起來的方法消除當(dāng)時所發(fā)生的奇異性。得到：??＼｛ｐ｛ｙｙｄｎＧ｛ｘ＾ｙ）－Ｇ｛ｘ＾ｙｄｎＰ｛ｙ））ｄＳ｛ｙ）＾＾＾－?⑷”??Ｓ?２??將式（２－１１）中聲壓項和聲壓導(dǎo)數(shù)項分別移動到方程的兩端，進(jìn)行數(shù)值離散，記聲壓??１３??

圖２．２有限元－邊界元耦合計算程序流程圖??Ｆｉｇ?２．２?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＦＥＭ－ＢＥＭ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｐｒｏｇｒａｍ??數(shù)值仿真與結(jié)果分析??由于本文提出的改進(jìn)ＣＨＩＥＦ方法難以從理論角度證明，必須進(jìn)行充分的數(shù)式加以驗證，因此本節(jié)首先考察較為簡單的均勻脈動球模型，分別采用普本文方法和解析法計算球體表面以及外場觀察點處的聲壓頻響曲線，并給出分析；進(jìn)一步考慮雙側(cè)帶球冠的圓柱殼模型，仍設(shè)定激勵條件為法向振速均本文方法與商業(yè)軟件ＳＹＳＮＯＩＳＥ分別計算結(jié)構(gòu)表面與外場觀察點處的聲最后，為了驗證本文所編寫的有限元－邊界元計算程序的正確性，考慮一個的有限長圓柱殼體，激勵條件為單點諧和力，將自編程序的計算結(jié)果與ＳＹＳ結(jié)果進(jìn)行對比，對誤差進(jìn)行分析。??本章計算程序主要采用Ｐｙｔｈｏｎ編程語言實現(xiàn)，對邊界積分等運算密集的部ａｎ編程語言進(jìn)行優(yōu)化，計算環(huán)境為四核Ｉｎｔｅｌ?ＸｅｏｎＥ３－２３５０處理器，８Ｇｂ?ＲＡ統(tǒng)為ＣｅｎｔＯＳ?６．３。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]完善匹配層方法的穩(wěn)定性分析[D]. 方能勝.廈門大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于自適應(yīng)交叉近似算法快速分析理想導(dǎo)體電磁散射特性[D]. 陳磊.安徽大學(xué) 2013
[2]半空間環(huán)境中的自適應(yīng)交叉近似方法研究[D]. 楊劍.西安電子科技大學(xué) 2013
[3]電磁場積分方程自適應(yīng)交叉近似算法的研究[D]. 裴亞杰.南京郵電大學(xué) 2011
[4]雙層殼體結(jié)構(gòu)水下輻射聲場數(shù)值預(yù)報方法研究[D]. 鄒歡.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[5]矩陣Schur補的性質(zhì)及其應(yīng)用[D]. 黃衛(wèi)紅.南京信息工程大學(xué) 2008
[6]合成絕緣子三維電場FEM-BEM迭代解法的研究[D]. 趙良.華北電力（北京）大學(xué) 2002



本文編號：3577047