【摘要】：海洋聲場仿真是研究聲信號在海洋中傳播規(guī)律的主要途徑之一,近幾年來隨著研究者們對海洋聲場建模環(huán)境要求的日益提高,因此所構(gòu)建的海洋聲場模型越來越符合實際海洋環(huán)境中的參數(shù)以及地形特征。但對于傳統(tǒng)的海洋聲場計算模型而言,由于在進行計算聲場計算時對波動方程理論做了一定的近似以及假設(shè),使得傳統(tǒng)的聲場計算方法對于復(fù)雜海洋環(huán)境模型下的聲場計算時往往無法準(zhǔn)確地求解出與實際聲傳播特性規(guī)律相匹配的結(jié)果。在本文中將選用有限元方法來計算聲信號在復(fù)雜海洋模型下的聲傳播特性,驗證了所構(gòu)建的海洋聲場模型在使用有限元方法計算的準(zhǔn)確性。并且考慮在實際存在海底剪切波影響下的傾斜海洋環(huán)境中對聲傳播規(guī)律的影響;以及構(gòu)建三維海洋聲場模型,分析存在孤立子內(nèi)波物理海洋現(xiàn)象下對聲信號傳播的影響。研究主要結(jié)論如下:(1)對于使用有限元方法計算二維以及二維軸對稱模型下的聲傳播特性,所計算得到的結(jié)果與傳統(tǒng)的聲場計算方法RAM以及COUPLE計算得到的結(jié)果存在一定的差異,但與當(dāng)前在計算精度較高的全局耦合簡正波模型(DGMCM模型)的計算結(jié)果完全一致。證明了使用有限元方法能計算出比傳統(tǒng)聲場計算方法更加精確的解。(2)考慮聲信號在具有海底剪切波影響的上坡以及下坡彈性海底環(huán)境中傳播時,可以發(fā)現(xiàn)在改變聲源頻率、海底地形以及海底聲參數(shù)會對聲信號的傳播規(guī)律特性有著明顯的影響。當(dāng)聲信號在上坡彈性海底環(huán)境傳播時,會出現(xiàn)聲能量從水體向海底進行“泄露”的情況,并且觀察到聲能量泄露的數(shù)量與聲源頻率以及聲源所處的海水層深度成正比。而當(dāng)聲信號在下坡彈性海底環(huán)境下進行傳播時,能發(fā)現(xiàn)有一定的聲能量會在海水-海底界面以界面波的形式進行傳播。(3)對于聲信號在存在孤立子內(nèi)波影響的三維聲場環(huán)境下進行傳播時,能明顯的觀察到隨著孤立子內(nèi)波在時間特性上的移動,對聲信號在垂直分量上的傳播方向偏轉(zhuǎn)影響保持著不變;并且由于孤立子內(nèi)波對聲信號傳播的三維效應(yīng)影響,在水平分量上隨著聲傳播方向與孤立子內(nèi)波波陣面夾角的增大,聲信號所擁有的能量在減弱,并且由孤立子內(nèi)波所引起的聲信號在水平分量上的偏轉(zhuǎn)角度在增大.這些研究為了探究如何仿真聲信號在具有實際復(fù)雜參數(shù)分布以及地形下的聲傳播特性起到了推進的作用。同時為研究聲信號在彈性海底模型中傳播的影響規(guī)律變化以及分析在三維模型中孤立子內(nèi)波的存在對聲信號的聲傳播影響這兩部分海洋聲傳播規(guī)律的研究提供了一定的參考結(jié)論。
【圖文】：

2201 1 Nn mn n n m mnSvp NN N p N w dV N a dt f..1 120000vN Nmn n mn n mn nm nmnVm nmnVm m mV SM p K p gN NM dVρ cN NK dVρfg N w dV N a dSρ 、n 兩點的質(zhì)量，Kmn為 m、n 兩點間的剛度，gm聲源的貢認(rèn)為單元內(nèi)的聲壓值只與所在單元的節(jié)點有關(guān)，圖 2.1 為分的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

2.2 Comsol Multiphysics 有限元軟件2.2.1 Comsol Multiphysics 有限元軟件介紹在本文中，將使用有限元仿真軟件 Comsol Multiphysics 進行海洋聲場傳播的有元分析。Comsol Multiphysics 是由瑞典 COMOSL 公司所研發(fā)的多物理場建模與仿解決軟件，最先起源于 Matlab Toolbox 工具箱。目前軟件附有大量預(yù)定義的物理場塊，如聲學(xué)模塊、力學(xué)模塊、AC/DC 模塊、傳熱模塊、CFD 模塊、化學(xué)反應(yīng)模塊射頻模塊、結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊、微流模塊等二十多個模塊。同時也提供多個模塊間相互合的多物理場耦合接口，能為多物理場的耦合分析研究工作提供便利。對于本文中使用 Comsol Multiphysics 聲學(xué)模塊,包含了壓力聲學(xué)、聲固耦合、氣聲學(xué)、熱聲學(xué)和幾何聲學(xué)等物理場接口，，常用作物理聲學(xué)設(shè)備的仿真及優(yōu)化、環(huán)境的聲傳播現(xiàn)象、噪聲控制、大氣和海洋中的聲散射現(xiàn)象。2.2.2 Comsol Multiphysics 有限元仿真流程圖 2.2 介紹了本文中使用 Comsol 進行海洋聲傳播仿真的流程。建立仿真模型
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P733.2

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本文編號：2619148