基于有限元原理的彈性目標(biāo)聲散射計算.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元數(shù)值計算方法（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。但是由于其自身算法的要求，在計算頻率較高時，網(wǎng)格數(shù)量龐大將導(dǎo)致計算量龐大。本文通過研究有限元方法的基本原理，提出了針對水下軸對稱目標(biāo)聲散射問題的二維有限元數(shù)值計算模型，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算的計算頻率和計算效率，

2、對于水下聲散射的研究具有很大現(xiàn)實意義和研究價值。
　　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，對水下目標(biāo)回波特性進行計算，并和理論解進行對比。數(shù)值計算表明，三維有限元數(shù)值計算方法雖然具有較好計算精度，但其計算成本往往較高且無法完成高頻計算。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，對于軸對稱目標(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算模塊功能，將得到的弱形式輸入自設(shè)的計算模塊中，建立了針對水下軸對稱目標(biāo)聲散射問題的計算模型。最后通過建立二維有限元數(shù)值計算模型分別建立并計算了球類目標(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，并進行了雙層加肋圓柱殼目標(biāo)的水下聲散射實驗。
　　通過球類目標(biāo)的計算結(jié)果，和簡正級數(shù)解的對比可以驗證得到的二維有限元數(shù)值計算模型的適用性和正確性；通過對比發(fā)現(xiàn)在計