【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声辐射分析，具体涉及一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法及系统。
技术介绍
1、声辐射分析在工程设计和性能优化中扮演着重要的角色，尤其是对于回转壳体(例如飞机、汽车、船舶等)的声学性能研究而言。这类壳体的声辐射问题通常受到复杂的多物理效应影响，包括机械振动、声波传播和结构声耦合。因此，为了更好地理解和改进回转壳体的声辐射性能，需要开发出高效而精确的分析方法。
2、传统声辐射分析方法通常包括数值方法、试验方法、解析法和半解析法。其中，数值方法具有广泛的应用，但在处理大型结构时，需要细分大量网格，以确保高精度，这会消耗大量计算资源。试验方法则是通过实际测量声辐射信号来分析声辐射特性，具有直接性和实用性，但通常需要昂贵的试验设备和大量实验数据。解析法通常用于简单几何结构的声辐射分析，它基于数学方程的解析解来预测声辐射，速度快，成本低，但通常只适用于理想化的情况，难以应用于复杂结构。
3、然而，随着现代科学和工程领域对声辐射分析的不断需求增加，尤其是针对大型和复杂结构的声辐射问题，我们迫切需要更经济、准确的分析方法。在这种趋势下，半解析法崭露头角。半解析法因其适应性更广，资源消耗较少，同时能够提供高精度结果，具有巨大的发展潜力。半解析法结合了数值方法和解析法的特点，通常将结构划分为简单的子结构，然后使用解析法或数值方法来分析每个子结构的声辐射，进而获得整个结构的声辐射响应。该方法成功地在计算成本和准确性之间取得了平衡。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解
2、一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，包括以下步骤：
3、s1.构建回转壳体的位移场，并基于所述位移场得到位移-应变关系；
4、s2.基于所述位移-应变关系得到基于谱偏移勒让德法的回转壳体的振动控制方程矩阵形式；
5、s3.基于所述位移-应变关系得到亥姆霍兹积分方程矩阵形式；
6、s4.基于所述振动控制方程矩阵形式和所述亥姆霍兹积分方程矩阵形式得到回转壳体的声振耦合方程，并基于所述声振耦合方程分析声辐射特性。
7、优选的，构建所述位移场的方法包括：将回转壳体的正交曲线坐标系表示为(α，β，z)，基于一阶剪切变形理论，构建回转壳体的所述位移场，并用中间表面位移和旋转分量表示：
8、u(α，β，z，t)＝u0(α，β，t)+zφα(α，β，t)
9、v(α，β，z，t)＝v0(α，β，t)+zφβ(α，β，t)
10、w(α，β，z，t)＝w0(α，β，t)
11、其中，α和β是回转壳体参考中表面的主曲率的参数化正交线，α为轴向方向，β为周向方向，z为垂直于α-β面的径向方向，回转壳体在α、β和z方向的中表面位移分别用u0、v0和w0表示，φα和φβ分别为横向法线相对于β轴和α轴的旋转，t为时间变量。
12、优选的，所述位移-应变关系包括：
13、所述位移-应变关系包括：
14、
15、
16、
17、其中，εα和εβ为正应变，γαβ、γαz和γβz为剪切应变分量，和为壳体结构中曲面的正应变，和为壳体结构中曲面的剪切应变，和为壳体结构中曲面的曲率变化分量：
18、
19、
20、
21、
22、
23、其中，a和b为lame′常数，rα为轴向方向的主曲率半径，rβ为圆周方向的主曲率半径；
24、对结构厚度上的应力进行积分，得到本构方程：
25、
26、
27、其中，nα、nβ和nαβ为法向力和剪切力，mα、mβ和mαβ表示弯矩和扭力矩，qβ和qα是横向剪切力。kc是剪切修正系数，aij、bij和dij为与厚度相关的材料等效参数。
28、优选的，所述s2包括：
29、s2.1计算回转壳体的应变能u、动能t、边界势能ubc、机械力对壳体的虚功wf和声场对结构场的虚功wa&p；
30、s2.2基于所述应变能u、所述动能t、所述边界势能ubc、所述机械力对壳体的虚功wf和所述声场对结构场的虚功wa&p构建回转壳体的拉格朗日能量泛函；
31、s2.3基于所述拉格朗日能量泛函得到所述振动控制方程；
32、s2.4将所述振动控制方程转换为振动控制方程矩阵形式。
33、优选的，所述应变能u为：
34、
35、所述动能t为：
36、
37、其中，i0，i1和i2为惯性项；
38、所述边界势能ubc为：
39、
40、其中，kζ，t和kζ，s为回转壳体边界处轴向方向的线性刚度系数，(ζ＝u，v，w，φα，φβ)，t和s分别为回转壳体沿轴向方向的初始边界和结束边界；
41、所述机械力对壳体的虚功wf为：
42、wf＝∫∫(fxu0+fθv0+fzw0)abdαdβ
43、其中，fx、fθ和fz为作用在中表面上的机械力幅值；
44、所述声场对结构场的虚功wa&p为：
45、wa&p＝∫∫wpabdαdβ
46、其中，w为壳体表面法向位移，p为声压；
47、所述拉格朗日能量泛函为：
48、π＝u-t-wf+ubc+wa&p
49、对所述拉格朗日能量泛函中的正交多项式系数求变分，得到所述振动控制方程：
50、
51、
52、其中，为u、v、w、φα和φβ方向的位移展开系数。
53、优选的，将所述振动控制方程转换为振动控制方程矩阵形式的步骤包括：
54、基于谱偏移勒让德法，推导母线方向的谱离散内积矩阵：
55、
56、其中，lm为轴向截断数为0到m-1的长度为m的偏移勒让德向量，v为加权内积矩阵，ξpq为大小为m×m的轴向积分矩阵，p和q为对母线方向求p和q阶偏导；
57、构建周向积分总矩阵：
58、
59、其中，和为周向积分的部分矩阵；
60、基于所述谱离散内积矩阵和所述周向积分总矩阵，得到轴向方向和周向方向的总积分矩阵：
61、
62、其中，为矩阵的kronecker积，ab为对β方向的偏导，pq为对α方向的偏导；
63、基于谱偏移勒让德法，求解所述边界势能ubc的储存势能矩阵：
64、
65、其中，ψ00，00t为初始耦合边界矩阵，ψ00，00s为结束耦合边界矩阵，θ00为周向积分矩阵，γb(0)为初始边界处的轴向积分矩阵，γb(1)为结束边界处的轴向积分矩阵，t为初始边界，s为结束边界；
66、基于谱偏移勒让德法，求解本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，构建所述位移场的方法包括：将回转壳体的正交曲线坐标系表示为(α，β，z)，基于一阶剪切变形理论，构建回转壳体的所述位移场，并用中间表面位移和旋转分量表示：
3.根据权利要求2所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述位移-应变关系包括：
4.根据权利要求3所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述S2包括：
5.根据权利要求4所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述应变能U为：
6.根据权利要求5所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，将所述振动控制方程转换为振动控制方程矩阵形式的步骤包括：
7.根据权利要求6所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述S3包括：
8.根据权利要求7所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述位移表达式为：
9.根据权利要求8所述一种用于
10.一种用于回转壳体声辐射分析的系统，所述系统应用权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，包括：第一计算模块、第一矩阵模块、第二矩阵模块和第二计算模块；
...【技术特征摘要】
1.一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，构建所述位移场的方法包括：将回转壳体的正交曲线坐标系表示为(α，β，z)，基于一阶剪切变形理论，构建回转壳体的所述位移场，并用中间表面位移和旋转分量表示：
3.根据权利要求2所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述位移-应变关系包括：
4.根据权利要求3所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述s2包括：
5.根据权利要求4所述一种用于回转壳体声辐射分析的谱方法，其特征在于，所述应变能u为：
【专利技术属性】
技术研发人员：靳国永，杨宇航，叶天贵，陈玉坤，刘昊然，赵天通，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。