本发明涉及一种声辐射分析方法，尤其涉及一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法。
背景技术：
1、随着传统制造向高端制造转型，大型邮轮、大型客机、潜艇与高速列车等高端工业装备的安全性、舒适性及绿色化面临更高要求，但速度的提升及服役环境的日益苛刻，上述装备会产生更为强烈声辐射，制约我国工业装备向高端制造与绿色制造的高速发展。为了降低噪声水平实现装备的舒适化和绿色化，前期一般通过整体优化设计确保装备兼具安全性和舒适性，后期主要依靠局部调整手段进行控制，如主动减振降噪、被动吸隔声与阻尼减振等。在上述阶段中吸隔声设备位置调整及制造、测量、安装误差等均会引发交界面位置发生改变。
2、使用传统有限元(fem)分析时，必须在交界面处划分计算网格，并且当该网格为非协调网格时，需要使用拉格朗日乘子等方法强制保持交界面的连续性。然而，在初始设计时，上述装备通常无法精准确定交界面的位置，需要对装备进行大量参数分析。fem对这种吸声材料交界面发生改变的所有工况均需重新进行网格划分进而在交界面处形成协调网格，这将会导致巨大工作量。因此，无论是性能评估，还是降噪设计，发展一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法具有重要的理论与实际意义。
技术实现思路
1、发明目的：本发明目的是提出一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，解决具有变化吸声材料交界面位置改变的声辐射问题。
2、技术方案：本发明包括以下步骤：
3、描述声场中吸声材料的交界面，利用水平集函数对声场进行区域划分，计算声场背景网格的节点水平集函数，对网格单元进行定义；利用dtn映射构建人工边界γb处的声压梯度和声压关系，定义dtn人工边界范围，确定dtn核；构建声场控制方程的galerkin弱形式，构建可表征任意边界形状的局部扩展函数，并引入dtn，建立考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法。
4、所述利用水平集函数对声场进行区域划分，具体为：利用水平集函数φ(x)的符号属性将声场划分为不同区域，划分规则如下：
5、
6、其中，x表示声场任意点的坐标。
7、所述计算声场背景网格的节点水平集函数，具体包括：
8、离散声场生成背景网格，计算各节点到交界面的距离di
9、di＝min||xi-xγ||
10、式中，xi为第i个节点的位置，xγ表示边界的位置，||·||表示物理空间的l2距离；
11、利用符号距离函数定义节点水平集函数φi：
12、φi＝±di。
13、所述对网格单元进行定义，具体为：根据节点水平集函数值φi的特点，判断交界面和背景单元的位置关系，定义普通单元、混合单元与扩展单元。
14、所述人工边界γb处的声压梯度和声压关系为：
15、
16、式中，为向量微分算子，pa表示声压，na表示法向量，m为dtn算子。
17、所述人工边界γb取半径为r的区域，其中r≥5a，a是辐射体的特征尺寸，则任意半径r处的声压解析解可表示为
18、
19、式中，pa(r，θ)为人工边界γb上施加的dirichlet信息，为第一类hankel函数；
20、对r求导可得
21、
22、其中，表示法向导数，为dtn核。
23、所述声场控制方程的galerkin弱形式通过加权残值法构建，具体可表示为
24、
25、其中，代表向量微分算子，p表示声压，k＝ω/c表示波数，c代表声速，ρa和vn分别代表流体密度和施加在边界γn的法向速度，表示dtn积分，an表示边界γr的导纳系数。
26、所述构建可表征任意边界形状的局部扩展函数，具体为：根据吸声材料交界面边界的先验信息，构建可表征任意边界形状的局部扩展函数，声压p(x)的近似解可以表示为
27、
28、其中，nai(x)表示节点i的形函数，ψ(x)为拓展函数，集合i包含fe网格中的所有节点，集合包含拓展节点，未知量pi和ai分别表示常规自由度和拓展自由度。
29、所述引入dtn，建立考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，具体为：
30、引入dtn，galerkin弱形式可以表示为如下矩阵形式
31、(ka-ω2ma+iρaωca+kdtn)p＝fa
32、式中，ka代表声学单元刚度阵，ma表示声学单元质量阵，ca代表声学单元阻尼阵，kdtn表示dtn矩阵，fa代表单元节点激励向量；上述单元矩阵中的元素可具体表示为
33、
34、
35、
36、其中，表示dtn矩阵中的任意一个元素，fj(x)＝{cos nθ sin nθ}，fj(x′)＝{cos nθ′ sin nθ′}t，i和j表示节点号，φi和φj代表对应形函数。
37、所述声场中吸声材料的交界面使用分段多项式函数定义。
38、有益效果：本发明易于考虑吸声材料交界面的位置改变，并且构建过程和传统有限元法类似，易于求解及分析；本方法构建的局部扩展插值格式，可以捕捉任意交界面位置处以及dtn边界范围内的声压；本方法可实现计算网格和吸声材料交界面形状和位置的解耦，具有较高的计算效率，便于潜艇等工程装备的声辐射参数分析及不确定性研究。
1.一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述利用水平集函数对声场进行区域划分，具体为：利用水平集函数φ(x)的符号属性将声场划分为不同区域，划分规则如下：
3.根据权利要求2所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述计算声场背景网格的节点水平集函数，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述对网格单元进行定义，具体为：根据节点水平集函数值φi的特点，判断交界面和背景单元的位置关系，定义普通单元、混合单元与扩展单元。
5.根据权利要求1所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述人工边界γb处的声压梯度和声压关系为：
6.根据权利要求5所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述人工边界γb取半径为r的区域，其中r≥5a，a是辐射体的特征尺寸，则任意半径r处的声压解析解可表示为
7.根据权利要求1所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述声场控制方程的galerkin弱形式通过加权残值法构建，具体可表示为
8.根据权利要求7所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述构建可表征任意边界形状的局部扩展函数，具体为：根据吸声材料交界面边界的先验信息，构建可表征任意边界形状的局部扩展函数，声压p(x)的近似解可以表示为
9.根据权利要求8所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述引入dtn，建立考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，具体为：
10.根据权利要求1所述的一种考虑吸声材料交界面位置改变的声辐射分析方法，其特征在于，所述声场中吸声材料的交界面使用分段多项式函数定义。
