[发明专利]高阶梯度光滑无网格方法、系统、介质、计算机设备

说明书

本发明属于结构声辐射预报技术领域，公开了一种高阶梯度光滑无网格处理方法、系统、介质、计算机设备，包括：通过Galerkin加权参量法构建计算自由场结构声辐射的弱式无网格耦合DtN边界的数学模型；在弱式无网格框架下，通过高阶梯度光滑算法软化数值模型刚度及采用局部梯度光滑来降低数值色散误差；通过优化无网格插值方案来减小数值插值误差；通过数值和试验验证方法的准确性、稳定性及实用性。本发明对弱式无网格法耦合DtN边界进行分析，构建能够准确计算自由场结构声辐射的数值方法，为船舶结构中低频噪声的准确预报提供理论和算法依据，全面提高结构中低频段噪声预报的精度，为舰船进行噪声控制奠定理论和技术基础。

技术领域

本发明属于结构声辐射预报技术领域，尤其涉及一种高阶梯度光滑无网格处理方法、系统、介质、计算机设备。

背景技术

目前，声隐身性能是舰艇的重要综合性能之一，舰艇对外辐射的噪声直接决定敌方水声探测设备对我方舰艇的发现概率和探测距离，同时也影响舰艇自身声呐的探测距离，辐射噪声水平过高，严重削减舰艇的战斗性能，随着水声探测设备性能的不断提高，世界各主要舰艇强国已将低噪声水平作为新一代舰艇设计和制造的关键目标之一。在民用船舶工业领域，噪声控制是邮轮设计和制造过程中的难题，过高的噪声影响乘坐舒适感，损害旅客生理机能，还会造成船载仪器设备疲劳损坏。因此，无论是在军用舰艇还是民用船舶领域，研发优良的低噪声控制技术比以往更为紧迫。噪声的主要来源之一是结构振动产生的声辐射，准确计算出结构振动辐射的声场是噪声控制的前提，若能在设计阶段准确地进行噪声预报，预测结构的声学性能，优化声学设计和解决噪声问题，就可有效避免产品的反复设计与试制，缩短建造周期和降低前期研制费用。

目前边界元法(BEM)、有限元法(FEM)以及统计能量法(SEA)是计算舰船结构振动向外辐射噪声的主要数值方法，其中边界元法和有限元法主要用于计算中低频振动声辐射(20Hz～500Hz)，统计能量法用于计算高频振动声辐射(500Hz～20KHz)。相比高频噪声，中低频噪声传播距离更远，中低频噪声的控制问题一直是舰船结构声辐射分析领域的热点。使用边界元法和有限元法计算中低频噪声时，其计算精度受网格质量、网格数量和计算频率的综合影响。在低频范围(约20Hz～200Hz)，边界元法和有限元法的声场计算误差主要来源于模型的近似离散和方法本身的插值误差；在中频范围(约200Hz～500Hz)，声场计算的误差由色散误差决定。

在基于网格的方法中为准确描述声波波动过程，通常要求单元尺寸小于1/6声波波长，按照此规则，低频段的插值误差在一定程度上可以通过细化网格来抑制，但声场计算精度提升有限，且过密的网格导致计算耗时急剧增加。而在频率超过约200Hz以后数值模型变得过度刚性，导致数值波数解小于真实值，产生色散误差，该误差随着频率升高而急剧增加，目前尚无有效方法从根本上解决此问题。我国在结构声辐射计算领域落后于西方发达国家，严重依赖国外分析成果和商业计算软件进行噪声预报和分析。因此，分析中低频段结构声辐射预报并构建新的理论和预报算法可为舰船进行声学设计和噪声控制提供重要的理论依据，这不仅具有科学意义，对正着力于提升我国高科技舰船国际竞争力的船舶制造工业更具有十分重要的实际工程意义。