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边界元法和有限元法的区别(声学基础知识(一))
2023-07-26 11:28:01
Mars
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来源:分秒必争松鼠旗

边界元法和有限元法的区别。1、声学是以声为研究对象,研究其产生、传播、接收和效应。声是一种弹性波,是振动在弹性介质中的传播过程。人耳可听声的范围是20Hz~20kHz,低于20Hz的为次声波,高于20kHz的为超声波;

边界元法

2、声波是机械波,其传播过程是能量的传播过程。传播时引起周围介质质点振动,振动质点又引起其他周围质点的振动,这样振动就在介质中传播开来。根据振源不同,可将声分为机械声和气动声,前者指机械振动产生的声,后者指流体流动或物体在流体中运动引起流体振动产生的声,如风中的电线杆,因此气动声是研究声和流动流体的相互作用;

3、声波的传播方向与质点振动方向垂直时,为横波;方向相同时为纵波。声波在流体中传播为纵波,在固体中传播时既有纵波也有横波;

4、存在声波的空间称为声场,声场中的介质可以是均匀的/不均匀的、单一的/多种的。不均匀介质中声速是有梯度的,会改变声波的传播方向;声波在不同介质的界面上会发生反射和折射;

5、声波在传播过程中会遇到障碍物,如果障碍物的大小和声波波长差不多,则会发生衍射;如果障碍物的尺寸比声波波长小,则会发生散射。衍射是声波绕过障碍物发生传播方向改变的现象,让人有“未见其人、先闻其声”的感受;散射是把入射声波的部分能量重新分配在多个方向上;

6、声波在固体中传播遵从弹性动力学的基本原理,在流体中传播遵循流体动力学基本原理。推导波动方程时,如果声波是小振幅的,可得到线性波动方程(线性声学,工程上多属于这种),如果声波是大振幅或有限振幅的,可得到非线性波动方程;

7、声波在传播过程中能够作用于结构,引起结构振动。即,结构声和空气声可以相互转化;

8、声学软件可以提供四个不同的求解序列:频率响应分析、瞬态响应分析、模态分析和输出给其他软件可用的矩阵;

9、并行运算的方式有三种:共享内存并行运算(SMP:shared-memory parallel)、分布式内存并行运算(DMP:distributed memory-parallel)和集群(cluster);

10、计算声波在无界区域传播的数值方法主要有四个:

(1)边界元法:用于模拟声辐射或声散射,其与有限元法在连续体域划分单元的思想不同,只是在定义域的边界上划分单元,用满足控制方程的函数去逼近边界条件,具有单元个数少、数据准备简单的优势;

(2)无限元法:几何上趋于无穷的单元,是一种特殊的有限元,也是对有限元求解无界域问题上的有效补充,并可实现与有限元间的无缝连接;

(3)声波吸收层法(PML: perfectly matched layer):试图在边界外建立一个薄层,使声波在该层内快速衰减;

(4)无反射边界法:是把无限剩余的计算域中声波,用其在边界上的未知解及其导数的关系式表示。

后面三种方法是模拟空间无限大的外声场的有限元法。

本文关键词: 边界元法
本文标签: 知识  

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