[发明专利]基于耦合FEM-PE的海洋信道下弹性结构声辐射预报方法

权利要求书

1.一种基于耦合FEM-PE的海洋信道下弹性结构声辐射预报方法，其特征是：

步骤一，建立海洋信道下弹性结构声辐射局域多物理场数值模型，采用有限元数值法分别对流固耦合、声边界耦合和无穷远处Smerfield辐射条件进行声学定义，计算局部海洋信道流体域下的声场信息；

流固耦合方程为：

其中，刚度矩阵K和阻尼矩阵C、质量矩阵M均为n×n阶矩阵，下标a、s和c为声学系统矩阵、力学结构矩阵和耦合矩阵；定义耦合矩阵K_c、M_c为且n_se为结构与流体接触的结构网格数量，{n^e}为结构网格的法向向量；ω＝2πf为角频率，f为频率，ρ₀为海水密度；u_i、p_i为位移和声压幅值，F_st、F_at分别为结构、流体介质声的耦合激励载荷；

海洋信道的海面边界为Dirichlet边界，满足的边界条件为界面声压为零的声边界耦合方程为：

p_a(x,y,z)|_z＝0＝0

其中，为了区分海水和海底，下标a和b分别表示海水流体层和海底层，则p_a和p_b分别为海水与海底声压，

对于液态海底，满足的边界条件为声压p(x,y,z)连续、法向振速v(x,y,z)连续为零的声边界耦合方程为：

p_a(x,y,z)＝p_b(x,y,z)

v_an(x,y,z)＝v_bn(x,y,z)

对于各向同性弹性海底，满足法向上满足位移连续和应力连续、切向的应力为零的声边界耦合方程为：

下标a和b分别标示海水流体层和海底层；u为弹性体中的水平位移、w为弹性体中的垂直位移，ρ为介质密度，σ为应力，λ、μ为拉米常数，定义Δ为

无穷远处Smerfield辐射条件为：

p(x,y,z)|_r＝∞＝0；

步骤二，进行三维信道空间下二维声场处理，通过远场场点与结构中心在竖直方向形成二维截面，并在距离结构中心一定距离处的深度方向上选取一维截线，提取该截线上的复声压信息作为声场外推抛物线方程法的初始场信息；

所述在距离结构中心一定距离处的深度方向上选取一维截线中，一维截线水平距结构中心的距离为计算频率对应的波长即l≈λ；

步骤三，对有限元计算提取的声场信息进行与声场外推抛物线方程法初始场的匹配，使有限元计算结果完整地匹配到抛物线方程法空间初始场的每个格点；

步骤四，设置与有限元相同的信道环境参数和场点位置，对信道下任意场点声压进行声场外推抛物线方程法的快速计算，得到海洋信道下结构声辐射特性，用于进行信道下弹性结构辐射声场快速预报。

2.根据权利要求1所述的基于耦合FEM-PE的海洋信道下弹性结构声辐射预报方法，其特征是：采用分段三次艾尔米特插值技术对有限元法复声压与抛物线方程法声场进行空间格点的匹配，建立有限元法与抛物线方程法耦合条件，作为抛物线方程法有限差分法计算的初始场值。