[发明专利]应用于船舶三维声弹性分析的浅海声传播计算方法

说明书

本发明公开了一种应用于船舶三维声弹性分析的浅海声传播计算方法，属于船舶三维声弹性分析领域。该方法包括建立三维结构物的有限元模型；对有限元模型进行干模态分析得到三维结构物的干模态参数；根据干模态参数获取三维结构物的湿面元源强；针对一个频率点，根据海洋环境参数计算简正模式参数；根据简正模式参数、每个湿面元的位置信息及场点的位置信息计算每个湿面元在场点的Green函数值；根据各个湿面元的Green函数值和湿面元源强，计算在频率点处三维结构物在场点的声压级；解决了计算三维结构物的声辐射与声传播的计算量大、效率低的问题；达到了降低计算量，提升计算效率，提高软件的工程应用价值的效果。

技术领域

本发明实施例涉及船舶三维声弹性分析领域，特别涉及一种应用于船舶三维声弹性分析的浅海声传播计算方法。

背景技术

水下三维结构物的声辐射特性不仅与结构本身和水介质的耦合振动有关，还与三维结构物所处的海洋声学环境密切相关。目前已经将船舶三维水弹性理论与水声信道理论相结合，建立了船舶三维声弹性理论，并开发出了对应的船舶三维声弹性分析软件THAFTS-Acoustic。

船舶三维声弹性分析软件THAFTS-Acoustic具有计算Pekeris波导海洋环境下三维结构物在任意场点辐射声场的功能。该功能的核心步骤之一是基于计算海洋声学理论，求解结构表面湿面元所对应的场点处的Green函数值，并根据Green函数值计算各场点的声压、传播损失等参数。

然而，在分析大型船舶结构时，需要将大型船舶结构划分为大量的湿面元网格，在每个频率点，每个网格都需要独立求解相应的Green函数值，计算量相当巨大，计算效率低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种应用于船舶三维声弹性分析的浅海声传播计算方法。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种应用于船舶三维声弹性分析的浅海声传播计算方法，该方法包括：

建立三维结构物的有限元模型；

对有限元模型进行干模态分析，得到三维结构物的干模态参数，所述干模态参数包括频率和振型；

根据干模态参数获取三维结构物的湿面元源强；

针对一个频率点，根据海洋环境参数计算简正模式参数，简正模式参数包括水平波数和关于深度的特征函数，海洋环境参数包括水深、浅海的声速剖面、浅海海水密度、浅海海底介质的密度和声速；

根据简正模式参数、每个湿面元的位置信息及场点的位置信息计算每个湿面元在场点的Green函数值；

根据各个湿面元的Green函数值和湿面元源强，计算在频率点处三维结构物在场点的声压级。

可选的，根据简正模式参数、每个湿面元的位置信息和场点的位置信息计算每个湿面元在场点的Green函数值，包括：

按如下公式计算各个湿面元在场点的Green函数值：

其中，ρ(z₀)为湿面元处的介质密度，m为模式阶数，M为模式总数，ψ_m为第m阶模式的特征函数，z₀为湿面元水深，z为场点处水深，k_rm为水平波数，l为源点r₀和场点r间的水平距离，为0阶第一类汉克尔函数。

可选的，根据各个湿面元的Green函数值和湿面元源强，计算在频率点三维结构物在场点的声压，包括：

按如下公式计算在频率点处，三维结构物在场点的声场速度势：

根据声场速度势确定出三维结构物在场点的声压级；