一种模拟大规模高频声场的双层奇异边界法

作     者：李珺璞 陈文 Li Junpu;Chen Wen

作者机构：河海大学工程与科学数值模拟软件中心水文水资源与水利工程国家重点实验室力学与材料学院南京211100 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2018年第50卷第4期

页      面：961-969页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金项目(2018B40714 2017B709X14) 国家自然科学基金项目(11372097 11572111) 江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX17_0488) 中国国家留学基金项目(201706710107)资助 

主　　题：奇异边界法 高频声场计算 改进双层算法 无网格方法 源点强度因子 

摘      要：大规模高频声场的数值模拟是一项非常有计算挑战性的课题.为了解决传统边界型离散方法由于全局支撑的满阵限制,不易应用于大规模高频声场模拟的计算瓶颈,本文提出了一种用于模拟大规模高频声场的双层奇异边界法.在该方法中,通过引入双层结构,细网格上的全局支撑的满阵被转化为局部支撑的大规模稀疏矩阵,传统奇异边界法模拟大规模问题时所面临的高计算量以及过度存储需求遂得以解决.其次,双层奇异边界法仅通过粗网格评估远场作用,且独立于特定的插值核函数.相较于快速多级方法,该方法具有更强的适应性和灵活性,且多层结构使该方法具有一定的预调节作用,非常适合求解具有大规模、高秩、高条件数特点的高频波矩阵.在其后的散射球模型算例中,双层奇异边界法配置10万个节点,成功模拟了无量纲波数高达160的声散射问题.在对于人头模型的声散射特性分析中,双层奇异边界法比COMSOL软件计算速度快了约78.13%.当配置8万个节点时,双层奇异边界法成功模拟了频率高达25 kHz的工况,该频率已远远超出了人耳的听力极限.