針對(duì)彈性顆粒聲散射問題提出了一種基于改進(jìn)IB-IBM的直接模擬方法。在該模擬方法中,流體采用格子Boltzmann方法（LBM）求解,固體采用光滑點(diǎn)插值法（S-PIM）求解,流固耦合采用浸入式邊界方法 （IBM）處理,聲場(chǎng)通過計(jì)算求得的流場(chǎng)壓力瞬時(shí)擾動(dòng)直接獲得。通過二維近似剛性顆粒聲散射算例,該方法得到初步驗(yàn)證;與此同時(shí),計(jì)算了二維彈性顆粒聲散射問題,討論了顆粒彈性,聲傳播介質(zhì)類型對(duì)散射聲場(chǎng)的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的有效性。 

【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(17)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

光滑點(diǎn)插值法示意圖

δp=p i exp( -ln2( (x-4D) 2 +y 2 (0.2D) 2 ) )?????? ??? (19)pi取6.31×107Pa。在A=(r, θ)=(5D, π/2) 處設(shè)置觀察點(diǎn)以記錄瞬時(shí)聲壓變化。計(jì)算流域大小20D×20D,其中D取0.01 m。流體選為水介質(zhì),其密度ρ0=1.0×103 kg/m3,黏性ν=1.31×10-6 m2/s,聲速cs=1.45 ×103 m/s。固體密度ρs=7.82×103 kg/m3,楊氏模量Es=2.0×1011 Pa,泊松比νs=0.26。顆粒邊界采用IBM處理,固體域采用光滑點(diǎn)插值法求解。需要指出的是,本算例中的“近似剛性”是指固體聲阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體介質(zhì),因此聲波透射很小,且固體彈性響應(yīng)很小,散射聲場(chǎng)的主要貢獻(xiàn)來源于固體界面對(duì)入射聲波的反射。所以可以將模擬結(jié)果和采用完全剛性假設(shè)得到的解析解進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證方法的有效性。

式中:U0和 dρ= U 0 c s 為速度振幅和密度振幅。ω為角速度,它和波長(zhǎng)的關(guān)系為: ω= 2πc s λ 。右端為無反射邊界,上下為周期邊界。顆粒采用光滑點(diǎn)插值法求解,顆粒邊界采用IBM處理。為了避免固體內(nèi)部虛擬流體對(duì)聲波的非物理反射,在顆粒內(nèi)部流體設(shè)置吸收層[34],將虛擬流體中的聲波衰減。圖4 觀測(cè)點(diǎn)A處散射聲壓收斂曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于浸入式邊界方法的運(yùn)動(dòng)物體聲輻射數(shù)值模擬[J]. 梁岸,鐘國(guó)華,孫曉峰.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2011(03)



本文編號(hào)：3137693