CN115906691A - 一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统 - Google Patents

一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统 Download PDF

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李海超
李昊临
杜圆
汤旸
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江沛
李玉慧
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Abstract

本发明公开了一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统，其中，该方法包括：根据图纸资料建立水下航行器几何模型；确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递；建立水下航行器声学计算模型，将压力脉动数据导入其中设置声学及结构材料参数；对时域数据离散傅里叶变换，将压力脉动数据映射至声场网格上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布；将声压分布转换为声源级，计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值作为评估参数；将评估参数与需求限值对比判断当前方案是否可行。该方法可在设计阶段对水下航行器流致振动噪声进行初步评估，提高了水下航行器设计的合理性。

Description

一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统
技术领域
本发明涉及水下航行器振动噪声评估技术领域，特别涉及一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统。
背景技术
众所周知，机械噪声、水动力噪声与推进器噪声是大型水下航行器噪声的主要组成成分，严重影响了水下航行器的安静运行。当航速较低时，机械噪声是最主要的噪声源，随着航速的增加，水动力噪声与推进器噪声逐渐成为主要的噪声来源。运用数值仿真方法对水下航行器的流致振动噪声进行预报能够在设计阶段为水下航行器的低噪声设计提供指导，在运行阶段进行快速预报，维修阶段提供数据支撑。目前已有一些水下航行器振动噪声方面的预报方法，但对于水动力噪声的评估，还没有一套完整可靠的的评估流程。
目前相关技术主要有：相关技术一水下翼型结构流噪声仿真与试验研究(声学技术2013年10月)；相关技术二湍流脉动压力激励潜艇模型振动声辐射(大连理工大学硕士学位论文)；相关技术三基于LES的水下航行器水动力噪声预报研究(2017年声学技术第36卷第5期)。其中，相关技术一基于CFD方法对水下翼型的流噪声进行了数值仿真并将计算结果与试验结果对比，但并未考虑流固耦合效应，同时也没有考虑流致振动造成的影响，因此最终结果精度低；相关技术二基于随机振动理论对湍流脉动压力激励下水下航行器的振动声辐射特性进行了研究，但并未涉及具体的流固耦合分析、振动声辐射特性评估流程等内容，实现过程繁琐且效率不高；相关技术三基于LES方法对水下航行器的水动力噪声进行了数值预报，但该方法并未考虑流固耦合效应，更侧重于流动噪声，而忽视了水下航行体的流致振动引发的噪声。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
本发明的另一个目的在于提出一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法系统。
本发明的又一个目的在于提出一种计算机设备。
本发明的还一个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，包括以下步骤：步骤S1，根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将所述水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据所述水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型；步骤S2，确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据；步骤S3，基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数；步骤S4，对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将所述压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布；步骤S5，将所述声压分布转换为声源级，基于所述计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数；步骤S6，将所述评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对所述预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则所述预设图纸资料可行。
本发明实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，考虑了流固耦合效应对结构与流场信息的影响，使得在发生共振时的预报结果更具有可靠性，同时保证了计算效率，对低频振动噪声的防护设计具有指导作用，且能够在设计阶段对水下航行器流致振动噪声进行初步评估，提高水下航行器设计的合理性，能够应用于大型水下航行器流致振动噪声的设计与控制。
另外，根据本发明上述实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中所述流体域的入口与所述水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，所述流体域的出口与所述水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与所述水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2具体包括：步骤S201，确定所述水下航行器几何模型在所述流体域中的所述水下航行器航速；步骤S202，将所述流体域中所述水下航行器几何模型的表面与结构场中所述水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；步骤S203，采用隐式算法计算所述流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至所述结构场中，在所述结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至所述流体域中，更新所述流体域中的结构表面，得到所述压力脉动数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3具体包括：步骤S301，根据所述结构有限元模型在所述计算声学软件Virtual.Lab中建立所述水下航行器声学计算模型；步骤S302，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立所述水下航行器周围声场网格模型；步骤S303，根据预设分析需求在所述水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置所述声学参数及结构材料参数。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，包括：几何模型构建模块，用于根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将所述水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据所述水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型；双向数据传递模块，用于确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据；设置参数模块，用于基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数；获取频段模块，用于对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将所述压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布；获取评估参数模块，用于将所述声压分布转换为声源级，基于所述计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数；评估模块，用于将所述评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对所述预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则所述预设图纸资料可行。
本发明实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，考虑了流固耦合效应对结构与流场信息的影响，使得在发生共振时的预报结果更具有可靠性，同时保证了计算效率，对低频振动噪声的防护设计具有指导作用，且能够在设计阶段对水下航行器流致振动噪声进行初步评估，提高水下航行器设计的合理性，能够应用于大型水下航行器流致振动噪声的设计与控制。
另外，根据本发明上述实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述几何模型构建模块中所述流体域的入口与所述水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，所述流体域的出口与所述水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与所述水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述双向数据传递模块具体用于：确定航速单元，用于确定所述水下航行器几何模型在所述流体域中的所述水下航行器航速；设置交界面单元，用于将所述流体域中所述水下航行器几何模型的表面与结构场中所述水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；双向数据传递单元，用于采用隐式算法计算所述流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至所述结构场中，在所述结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至所述流体域中，更新所述流体域中的结构表面，得到所述压力脉动数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述设置参数模块具体用于：构建声学计算模块单元，用于根据所述结构有限元模型在所述计算声学软件Virtual.Lab中建立所述水下航行器声学计算模型；构建声场网格模型单元，用于将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立所述水下航行器周围声场网格模型；设置参数单元，用于根据预设分析需求在所述水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置所述声学参数及结构材料参数。
本发明又一方面实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
本发明还一方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的水下航行体流致振动噪声评估的具体执行图；
图3为根据本发明一个实施例的水下航行器模型示意图；
图4为根据本发明一个实施例的水下航行体流激噪声数值预报结果；
图5为根据本发明一个实施例的水下航行体流激噪声评估结果示意图；
图6为根据本发明一个实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
图1是本发明一个实施例的一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法的流程图。
如图1所示，该考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法包括以下步骤：
在步骤S1中，根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型。
需要说明的是，步骤S1中流体域的入口与水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，流体域的出口与水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
在步骤S2中，确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S2具体包括：
步骤S201，确定水下航行器几何模型在流体域中的水下航行器航速；
步骤S202，将流体域中水下航行器几何模型的表面与结构场中水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；
步骤S203，采用隐式算法计算流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至结构场中，在结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至流体域中，更新流体域中的结构表面，得到压力脉动数据。
具体地，如图2所示，确定水下航行器几何模型在流体域中的水下航行器航速，将流体域中水下航行器表面与结构场中水下航行体表面设置为流固耦合交界面，采用隐式算法，在每一个迭代步中首先计算流场中流体对结构表面的脉动压力，接着将脉动压力数据传输至结构场中，在结构场中计算结构表面的位移，然后将结构表面位移传输至流场中，更新流场中的结构表面，从而得到压力脉动数据。
在步骤S3中，基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将压力脉动数据导入水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S3具体包括：
步骤S301，根据结构有限元模型在计算声学软件Virtual.Lab中建立水下航行器声学计算模型；
步骤S302，将压力脉动数据导入水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型；
步骤S303，根据预设分析需求在水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置声学参数及结构材料参数。
也就是说，根据结构有限元模型在声学软件中建立水下航行器声学计算模型，将压力脉动数据导入水下航行器声学计算模型中，以航行器首尾方向为x轴，航行器左右舷侧方向为y轴，高度方向为z轴，通过航行器分别建立xyz三个剖面作为声场，即水下航行器周围声场网格模型，然后根据分析需求在声场上建立多个噪声监测点，并通过声压转换公式获得距离航行器1m处的声压，将该声压级作为声源级，用于评估水下航行器噪声水平，然后根据预设介质设置声学参数及结构材料参数。
在步骤S4中，对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布。
其中，根据水下航行器周围声场网格模型中的声学网格尺寸与时域可分别计算出相应的振动噪声预报频率上限f1与f2，最终的计算频段为10-fHz(f为f1与f2中的较小值)。
在步骤S5中，将声压分布转换为声源级，基于计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数。
具体地，先将水下航行器形心左舷1m处的等效声压级作为水下航行器的声源级，设声源级频谱曲线的频率间隔为1Hz，则噪声声源级转换公式如下所示：
Figure BDA0003927122180000061
其中，A为声压目标点与声源点间的声压级差，d1为远场声压点距航行器形心的距离，d2为近场声源点距航行器形心的距离。
则，全频段总噪声总级按照如下公式进行计算：
Figure BDA0003927122180000062
其中，Lp为航行器噪声计算频段的总声压级，Lpi表示各个频点的声压级。
然后对水下航行器进行表面脉动压力与结构固有振动频率的试验或计算，得到脉动压力的主要峰值频点与结构前三阶固有模态对应的频率，即单频点噪声限值，最终将这些全频段总噪声总级和单频点噪声限值作为水下航行器流致振动噪声评估的参数。
在步骤S6中，将评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则预设图纸资料可行。
具体地，噪声评估内容包括计算频段总声源级与上述特定频点峰值噪声结果，只有当总声源级与单频点噪声均满足设计指标要求时，水下航行器流致振动噪声评估通过，否则对水下航行器设计方案进行修正，并重新评估，直至振动噪声评估通过。
下面通过一个具体实施例对本发明提出的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法进一步说明。
结合图2和3，设置水下航行体长1.2m，直径200mm，壳体厚度2mm。
步骤一，依据图纸资料在Solidworks软件中建立水下航行器几何模型，将几何模型导入Star CCM+软件中建立符合要求的流场域，并选用大涡模拟方法，保持壁面y+值约为1，将几何模型导入Abaqus软件中建立结构有限元模型，选择计算频段为1000Hz，根据网格尺寸小于波长1/6的原则，确定结构网格尺寸小于0.025m；
步骤二，将流体域中水下航行器表面与结构场中水下航行体表面设置为流固耦合交界面，采用隐式算法，时间步长设置为5e-4s，计算过程中每个时间步开始时，Star CCM+首先将结构表面压力数据传递至Abaqus中，结构场计算结构表面位移，并将位移数据传递回Star CCM+中，通过反复迭代减小残差，计算收敛后进行下一个时间步的迭代。
步骤三，基于计算声学软件Virtual Lab建立水下航行器声学计算模型，将步骤二中计算获得的压力脉动数据导入，以航行器首尾方向为x轴，航行器左右舷侧方向为y轴，高度方向为z轴，通过航行器分别建立xyz三个剖面作为声场，观察航行器周围声压空间分布情况，各声场剖面尺寸均为20m×20m(不小于10倍航行器长)，并在航行器右舷100m处设置远场声压监测点，根据航行器所属介质设置声学参数及结构材料属性。
步骤四，如图4所示，对导入的湍流脉动压力时域数据进行离散傅里叶变换，并将步骤二的计算结果映射至声学网格表面，根据声学网格尺寸与时域计算时间步长确定振动噪声计算频段为10Hz-2000Hz，并计算水下航行器周围的声压分布情况。
步骤五，根据总声压级计算公式和声源级转换公式，计算出水下航行器的总声源级结果为128dB，并对水下航行器表面脉动压力载荷的频谱特征进行分析，得出脉动压力的主要峰值为35Hz。对水下航行器在水中的固有振动频率进行计算，计算出前三阶固有频率，将这四个特征频点的噪声峰值进行提取，设计指标中规定全频段噪声总级不超过130dB，单频点噪声峰值不超过120dB。
步骤六，如图5所示，计算中总声源级为128dB，小于设计指标130dB；单频点噪声峰值最大为119dB，小于设计指标120dB，表明设计方案合理可行，否则需对设计方案进行修改，直至总声源级与单频点噪声峰值均满足设计指标。
综上，根据本发明实施例提出的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，考虑了流固耦合效应对结构与流场信息的影响，使得在发生共振时的预报结果更具有可靠性，同时保证了计算效率，对低频振动噪声的防护设计具有指导作用，且能够在设计阶段对水下航行器流致振动噪声进行初步评估，提高水下航行器设计的合理性，能够应用于大型水下航行器流致振动噪声的设计与控制。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统。
图6是本发明一个实施例的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统的结构示意图。
如图6所示，该系统10包括：几何模型构建模块100、双向数据传递模块200、设置参数模块300、获取频段模块400、获取评估参数模块500和评估模块600。
其中，几何模型构建模块100用于根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型。双向数据传递模块200用于确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据。设置参数模块300用于基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将压力脉动数据导入水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数。获取频段模块400用于对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布。获取评估参数模块500用于将声压分布转换为声源级，基于计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数。评估模块600用于将评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则预设图纸资料可行。
进一步地，在本发明的一个实施例中，几何模型构建模块100中流体域的入口与水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，流体域的出口与水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
进一步地，在本发明的一个实施例中，双向数据传递模块200具体用于：确定航速单元，用于确定水下航行器几何模型在流体域中的水下航行器航速；设置交界面单元，用于将流体域中水下航行器几何模型的表面与结构场中水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；双向数据传递单元，用于采用隐式算法计算流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至结构场中，在结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至流体域中，更新流体域中的结构表面，得到压力脉动数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，设置参数模块300具体用于：构建声学计算模块单元，用于根据结构有限元模型在计算声学软件Virtual.Lab中建立水下航行器声学计算模型；构建声场网格模型单元，用于将压力脉动数据导入水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型；设置参数单元，用于根据预设分析需求在水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置声学参数及结构材料参数。
需要说明的是，前述对一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，考虑了流固耦合效应对结构与流场信息的影响，使得在发生共振时的预报结果更具有可靠性，同时保证了计算效率，对低频振动噪声的防护设计具有指导作用，且能够在设计阶段对水下航行器流致振动噪声进行初步评估，提高水下航行器设计的合理性，能够应用于大型水下航行器流致振动噪声的设计与控制。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如前述实施例所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将所述水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据所述水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型；
步骤S2，确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据；
步骤S3，基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数；
步骤S4，对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将所述压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布；
步骤S5，将所述声压分布转换为声源级，基于所述计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数；
步骤S6，将所述评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对所述预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则所述预设图纸资料可行。
2.根据权利要求1所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，其特征在于，所述步骤S1中所述流体域的入口与所述水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，所述流体域的出口与所述水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与所述水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
3.根据权利要求1所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S201，确定所述水下航行器几何模型在所述流体域中的所述水下航行器航速；
步骤S202，将所述流体域中所述水下航行器几何模型的表面与结构场中所述水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；
步骤S203，采用隐式算法计算所述流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至所述结构场中，在所述结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至所述流体域中，更新所述流体域中的结构表面，得到所述压力脉动数据。
4.根据权利要求1所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S301，根据所述结构有限元模型在所述计算声学软件Virtual.Lab中建立所述水下航行器声学计算模型；
步骤S302，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立所述水下航行器周围声场网格模型；
步骤S303，根据预设分析需求在所述水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置所述声学参数及结构材料参数。
5.一种考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，其特征在于，包括：
几何模型构建模块，用于根据预设图纸资料建立水下航行器几何模型，将所述水下航行器几何模型需放置在流体域中，并根据所述水下航行器几何模型分别建立流体域网格模型与结构有限元模型；
双向数据传递模块，用于确定水下航行器航速，设置流固耦合交界面，采用隐式算法进行流场与结构场的双向数据传递，得到压力脉动数据；
设置参数模块，用于基于计算声学软件Virtual.Lab建立水下航行器声学计算模型，将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立水下航行器周围声场网格模型，设置声学参数及结构材料参数；
获取频段模块，用于对预设时域数据进行离散傅里叶变换，将所述压力脉动数据映射至水下航行器周围声场网格模型上，确定振动噪声的计算频段，并计算水下航行器周围的声压分布；
获取评估参数模块，用于将所述声压分布转换为声源级，基于所述计算频段计算全频段总噪声总级与单频点噪声限值，以作为评估参数；
评估模块，用于将所述评估参数与预设需求限值进行对比判断是否满足，若不满足，则迭代执行步骤S1-S6对所述预设图纸资料进行噪声优化设计，并重新评估，反之则所述预设图纸资料可行。
6.根据权利要求5所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，其特征在于，所述几何模型构建模块中所述流体域的入口与所述水下航行器几何模型的艏部距离大于6L，所述流体域的出口与所述水下航行器几何模型的艉部距离大于10L，流体域其余边界与所述水下航行器几何模型的距离大于3L，其中，L为水下航行器总长。
7.根据权利要求5所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，其特征在于，所述双向数据传递模块具体用于：
确定航速单元，用于确定所述水下航行器几何模型在所述流体域中的所述水下航行器航速；
设置交界面单元，用于将所述流体域中所述水下航行器几何模型的表面与结构场中所述水下航行器几何模型的表面设置为流固耦合交界面；
双向数据传递单元，用于采用隐式算法计算所述流体域中流体对结构表面的脉动压力，然后将脉动压力数据传输至所述结构场中，在所述结构场中计算结构表面的位移，再然后将结构表面位移传输至所述流体域中，更新所述流体域中的结构表面，得到所述压力脉动数据。
8.根据权利要求5所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估系统，其特征在于，所述设置参数模块具体用于：
构建声学计算模块单元，用于根据所述结构有限元模型在所述计算声学软件Virtual.Lab中建立所述水下航行器声学计算模型；
构建声场网格模型单元，用于将所述压力脉动数据导入所述水下航行器声学计算模型中建立所述水下航行器周围声场网格模型；
设置参数单元，用于根据预设分析需求在所述水下航行器周围声场网格模型中建立多个噪声监测点，根据预设介质设置所述声学参数及结构材料参数。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-4中任一所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述的考虑流固耦合的水下航行器流致振动噪声评估方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117077468A (zh) * 2023-07-04 2023-11-17 华中科技大学 一种循环水洞背景噪声预测的方法、存储介质及设备

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