自由场声辐射预报的可变阶波包络单元与有限元耦合方法

来源：机械工程学报杂志2018年第7期北京时间：

作者：吴绍维, 向阳, 张波

单位：1. 高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉 430063;2. 武汉理工大学能源与动力工程学院 武汉 430063

摘要：在可变阶波包络单元法和声有限元法的基础上，研究了预报无限域自由场结构声辐射的可变阶波包络单元与有限元耦合方法，推导了预报声压的耦合计算公式。在该方法中，结构外区域自由场空间分为使用有限元单元离散的内区域和可变阶波包络单元离散的外区域，根据外区域波包络单元构成的刚度矩阵的组成特性，对其进行分解，并对总系统耦合矩阵方程进行了重组，使得刚度矩阵的计算独立于频率，提高了频段上声压预报的效率。质量、刚度及载荷矩阵的元素需通过积分运算获取，积分精度对最终声场预报的精度具有很大的影响，为确保积分精度，提出了一种混合自适应高斯积分来计算相关矩阵的元素。具有解析解的无限长圆柱和脉动球源算例表明，对可变阶波包络单元组成的刚度矩阵进行分解后，计算效率得以显著提高；采用数值仿真和试验对该耦合方法进行了验证，结果表明该耦合方法具有较好的精度和收敛性。

关键词：波包络单元,声辐射,无限域,有限元；

基金资助：国家自然科学基金资助项目（51079118，51279148）。