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二维声学数值计算的梯度最小二乘加权
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB532[理学—物理;理学—声学]
  • 作者机构:湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082
  • 相关基金:国家自然科学基金(11472101);国家自然科学基金重点项目(61232014); 湖南省自然科学基金(2015JJ3037)资助项目
中文摘要:

针对传统有限元法求解声学问题由于刚度矩阵过硬导致较大的色散误差,以及在较高波数和网格扭曲时计算精度过低甚至错误的问题,采用移动最小二乘权函数对传统有限元法的声压梯度进行加权重构,推导了梯度移动最小二乘加权(Gradient weighted by moving least-squares,GW-MLS)的二维声学计算公式。对声压梯度的加权重构使得GW-MLS模型的刚度相对于FEM模型得以软化,刚度更接近真实模型刚度。采用与有限元法相同的方式构造质量矩阵和边界积分矢量,保证质量矩阵和边界条件的正确施加和积分精度。通过二维管道声腔模型和二维车内声腔模型算例对所提出的算法进行验证,数值分析结果表明,GW-MLS有效地减少了色散误差的影响,提高了计算精度,尤其是对较高波数和网格扭曲时表现出良好的适应性。

英文摘要:

It is well known that one key issue of analyzing acoustic problems using finite element method(FEM) is "numerical dispersion error" due to the "overly stiff" nature of the FEM.This will cause the accuracy deterioration in the solution when it comes to high wave number or irregular meshes.To overcome this problem,a gradient weighted by moving least-squares(GW-MLS) is presented for analyzing acoustic problem.The gradient of acoustic pressure is reconstructed by the weight function of moving least-squares(MLS).And this makes the GW-MLS model much softer than the "overly stiff" FEM model.In acoustic GW-MLS,the acoustic mass matrix and the vectors of boundary integrals are constructed by the standard FEM to insure the integral accuracy of the mass matrix and the boundary conditions applied on region boundary accurately.Numerical examples including a 2D tube model and car cavity model are presented.The results demonstrate that the GW-MLS reduces the numerical dispersion error effectively.And because of this,the GW-MLS achieves higher accuracy as compared with FEM when meshes are seriously distorted especially in calculating high wave number problems.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603