基于有限元原理的彈性目標(biāo)聲散射計(jì)算.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元數(shù)值計(jì)算方法（Finite Element Methods，F(xiàn)EM）被越來越多的研究人員應(yīng)用在水下聲散射問題的研究中，其具有算法成熟、建模直觀和結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但是由于其自身算法的要求，在計(jì)算頻率較高時(shí)，網(wǎng)格數(shù)量龐大將導(dǎo)致計(jì)算量龐大。本文通過研究有限元方法的基本原理，提出了針對(duì)水下軸對(duì)稱目標(biāo)聲散射問題的二維有限元數(shù)值計(jì)算模型，將空間的三維問題轉(zhuǎn)化為面的二維問題，極大的提高了有限元方法計(jì)算的計(jì)算頻率和計(jì)算效率，

2、對(duì)于水下聲散射的研究具有很大現(xiàn)實(shí)意義和研究價(jià)值。
　　本文首先采用COMSOL Multiphysics軟件建立簡單幾何形狀目標(biāo)的三維有限元模型，對(duì)水下目標(biāo)回波特性進(jìn)行計(jì)算，并和理論解進(jìn)行對(duì)比。數(shù)值計(jì)算表明，三維有限元數(shù)值計(jì)算方法雖然具有較好計(jì)算精度，但其計(jì)算成本往往較高且無法完成高頻計(jì)算。然后在深入研究有限元方法的原理——弱形式解的基礎(chǔ)上，通過研究數(shù)學(xué)方法，對(duì)于軸對(duì)稱目標(biāo)，將三維空間下弱形式的體積分轉(zhuǎn)化為二維面上的面積分。并通過

3、商業(yè)有限元軟件COMSOL Mulitphysics數(shù)值仿真軟件的自建計(jì)算模塊功能，將得到的弱形式輸入自設(shè)的計(jì)算模塊中，建立了針對(duì)水下軸對(duì)稱目標(biāo)聲散射問題的計(jì)算模型。最后通過建立二維有限元數(shù)值計(jì)算模型分別建立并計(jì)算了球類目標(biāo)、球冠短圓柱類目標(biāo)和各類圓柱殼目標(biāo)的聲散射特性，并進(jìn)行了雙層加肋圓柱殼目標(biāo)的水下聲散射實(shí)驗(yàn)。
　　通過球類目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，和簡正級(jí)數(shù)解的對(duì)比可以驗(yàn)證得到的二維有限元數(shù)值計(jì)算模型的適用性和正確性；通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)在計(jì)