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声学时域边界元法的时间卷积计算方法研究

声学学报 2023年第6期48卷 1218-1226页

作者：朱寅弢吴海军孙瑞华蒋伟康上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

核函数中保留Dirac函数的原型,形成关于时间的卷积积分,是声学时域边界元法中一种稳定、有效的时间数值积分计算方法(CQ-BEM)。然而,传统CQ-BEM中卷积积分系数的获取有计算量大、耗时长,且对不同单元需要重新计算的问题,极大地降低了CQ-... 详细信息

核函数中保留Dirac函数的原型,形成关于时间的卷积积分,是声学时域边界元法中一种稳定、有效的时间数值积分计算方法(CQ-BEM)。然而,传统CQ-BEM中卷积积分系数的获取有计算量大、耗时长,且对不同单元需要重新计算的问题,极大地降低了CQ-BEM法计算时域声场的效率。针对传统CQ-BEM积分系数计算效率低的问题,本文利用多项式展开定理给出了待求函数泰勒系数的解析表达与数值计算方法,建立了不同单元间待求系数的转换理论,可以在一次循环迭代内完成不同单元的积分系数的计算,大幅降低了计算量,提高了CQ-BEM方法的声场计算效率。脉动球源数值算例结果表明,在相同要求下,本文方法计算时间较传统方法减少50%以上,相对误差小5个数量级以上,且计算时间随单元数的增长率仅为传统方法的2.34%。因此,本文提出的系数计算方法能够有效提高CQ-BEM方法的时域声场计算效率,拓展了CQ-BEM在大型机电设备时域声场模拟的计算规模。

关键词：时域边界元方法卷积积分方法泰勒级数多项式定理

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一种预测平板尾迹噪声的时域无网格方法

航空学报 2015年第11期36卷 3501-3514页

作者：洪志亮高鸽景晓东孙晓峰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司技术中心沈阳110043

基于离散涡方法和涡声理论建立了一种预测二维平板尾迹发声的时域无网格方法。该方法应用解耦方式完成声场计算,首先使用离散涡方法计算了均匀来流作用下的平板尾迹流场,得到了流场中点涡的涡量、位置和速度等关键参数,然后基于涡声理... 详细信息

基于离散涡方法和涡声理论建立了一种预测二维平板尾迹发声的时域无网格方法。该方法应用解耦方式完成声场计算,首先使用离散涡方法计算了均匀来流作用下的平板尾迹流场,得到了流场中点涡的涡量、位置和速度等关键参数,然后基于涡声理论建立了自由空间中点涡发声模型,并引入了时域边界元方法来模拟平板表面对声场的散射作用,计算得到了平板尾迹涡发声的偶极子声场分布和指向性等关键特征。通过对上下表面涡以及平板散射对声场贡献的深入分析表明,从平板尾缘上下角点脱落并卷起的涡团均为偶极子源,平板的散射作用使得声场在一定程度上得到加强,并且使声场具有极大值方向垂直于平板表面的偶极子指向性特征。所建立的无网格方法计算快速,能同时获得流场和声场分布的关键特征,可提升对气动噪声产生机理的基本认识,同时还为尾迹噪声的理论研究提供了一种具有工程应用价值的可靠计算方法。

关键词：气动声学尾迹发声无网格方法离散涡方法涡声理论时域边界元方法

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GMRES及变型方法在水动力分析中的应用

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第10期52卷 103-108页

作者：康庄常瑞孟巍哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高时域水动力分析的计算效率,基于三维常数Rankine源建立了时域水动力模型,研究了广义最小残量(GMRES)算法及其变型方法在时域水动力模型求解的适用性.以三维圆柱为研究对象,计算其在不同垂荡强迫震荡频率下的辐射力,通过计算结... 详细信息

为了提高时域水动力分析的计算效率,基于三维常数Rankine源建立了时域水动力模型,研究了广义最小残量(GMRES)算法及其变型方法在时域水动力模型求解的适用性.以三维圆柱为研究对象,计算其在不同垂荡强迫震荡频率下的辐射力,通过计算结果对比,研究了GMRES方法的在基于Rankine源的时域水动力计算上的适用性.在此基础上,研究了变型算法重启GMRES方法和简单重启GMRES方法的计算精度和计算效率,并针对计算过程中出现的计算不收敛问题,提出了线性方程右端项单位化优化方法.研究表明:优化后的简单重启GMRES方法收敛性更好,计算效率相比于GMRES方法提升了近3倍.

关键词：广义最小残量算法重启广义最小残量算法简单重启广义最小残量算法 Rankine源时域边界元方法

两层流体中结构“dead water”阻力特性数值研究

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两层流体中结构“dead water”阻力特性数值研究

第十九届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：张千千勾莹孙经纬大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室

船舶航行到密度分层海水中时,会在密度跃层引起内波,从而导致航行阻力变大,这种情况被称为"dead water"现象。本文应用线性势流理论,采用高阶边界元方法,建立了两层流体中物体匀速运动的数学模型,用以求解物体所受的"dead water"阻力。... 详细信息

船舶航行到密度分层海水中时,会在密度跃层引起内波,从而导致航行阻力变大,这种情况被称为"dead water"现象。本文应用线性势流理论,采用高阶边界元方法,建立了两层流体中物体匀速运动的数学模型,用以求解物体所受的"dead water"阻力。该模型将流域分为上、下两个部分,在两个流域分别应用格林第二定理,建立两个边界积分方程组,并根据内界面上流体质点的速度连续条件和压强连续条件进行耦合,得到一个新的方程组,在时域内进行迭代求解。每一个时间步内,用四阶预报-校正算法更新该时刻内界面的波面和速度势。时间不断步进,直至得到稳定的结果。本文研究了三组不同吃水的方箱在不同速度下的"dead water"阻力特性,并将数值结果与试验结果进行对比,验证了数值方法的正确性。数值结果表明,在同一吃水条件下,阻力随速度的变化具有局部峰值,在内弗洛德数约为0.758时达到峰值。

关键词：两层流体 "dead water"阻力时域边界元方法

来源： cnki会议评论

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快速多极边界元法模拟大规模时域问题

快速多极边界元法模拟大规模时域问题

北京力学会第二十七届学术年会

作者：吴志鹏陈永强北京大学工学院力学与工程科学系

本文采用快速多极边界元法模拟时域问题。基于动力学基本解和推广的Betti功互等定理建立时域边界积分方程。对时间域的离散,把时间域划分为M个时间步,面力采用分段常值近似,位移采用线性插值;对空间域的离散,物理量和几何坐标采用拉格... 详细信息

本文采用快速多极边界元法模拟时域问题。基于动力学基本解和推广的Betti功互等定理建立时域边界积分方程。对时间域的离散,把时间域划分为M个时间步,面力采用分段常值近似,位移采用线性插值;对空间域的离散,物理量和几何坐标采用拉格朗日插值形函数来描述。在时域边界元法的稳定性方面,研究了不稳定现象产生的原因,采用单元分片细化的方式尽可能提高积分的精度以保证能量守恒,并基于时间步进技术中使用多个时间步方程的线性组合的思想来推进下一步的计算。通过与悬臂杆在纵向载荷下的受迫振动的解析解作对比,验证了本文方法求解结果的高精度和高效率。进一步,本文结合快速多极算法将其推广以解决大规模问题,对含有大规模自由度的复杂构型进行弹性动力学模拟,结果表明本文方法可用于预测大规模问题的弹性动力学响应。

关键词：时域边界元方法大规模快速多极展开

来源： cnki会议评论

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基于快速直接解法的时域边界元法分析

基于快速直接解法的时域边界元法分析