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边界元法与汽车NVH性能开发

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:20世纪70年代中期,英国南安普敦大学Brebbia提出,作为一种与有限差分法、有限元法并列的数值方法,边界积分方程方法应当称为边界元法,这一称呼已被公认。边界元的主要优点是以下三点:1)将问题的维数降低一维,因此对空间的离散只需在边界上离散化,而不像有限元法需将整个求解域离散,可大大减少单元。

边界元法与汽车NVH性能开发

边界元法有时也称为边界积分方法BIM(Boundary Integral Method),或者是边界积分方程方法BIEM(Boundary Integral Equation Method),它的基本思想是基于格林公式的应用,把一个区域上的积分转化为该区域边界上的积分。20世纪70年代中期,英国南安普敦大学Brebbia提出,作为一种与有限差分法、有限元法并列的数值方法,边界积分方程方法应当称为边界元法,这一称呼已被公认。

边界元的主要优点是以下三点:

1)将问题的维数降低一维,因此对空间的离散只需在边界上离散化,而不像有限元法需将整个求解域离散,可大大减少单元。同时,求解声场时不对时间进行离散,而是对所计算的频率区间进行离散,减少了数据量和计算时间。

2)边界元法是一种半解析数值方法,在求解域内是解析的,具有解析与离散相结合的特点,因而精度也较高,误差主要来源于边界单元的离散,累积误差小,便于控制。

3)由于边界元方程自动满足无穷远的边界条件,因此特别适用于无界声场的求解。同时边界元法只需对边界进行单元剖分,利用形函数插值求出边界节点上的未知值,就可以通过边界上的已知值计算声场内任意点的解析值,这对无界区域上的问题特别有意义。

简谐激励作用下结构振动在外部流体介质中产生的辐射声压满足Helmholtz微分方程

2px)+k2px)=0, xD (5.10)(www.xing528.com)

式中,▽2为Laplace算子;p是结构表面x处的声压;k是波数;声场D被划分为外声场D+和内声场D-,它们的边界分别为∂D+和∂D-。

对于振动结构外场声辐射问题,边界条件为Neumann边界条件(给定∂p/∂n),如式(5.11)所示。

式中,n为法向单位矢量αχγ为给定的参数。Sommerfeld辐射条件

式中,r为声场中的观察点与声源表面的距离;j虚数单位。

应用加权残值法并考虑适当的边界条件,利用方程的基本解(三维自由空间格林函数):

可得到Helmholtz直接和间接边界积分方程,对边界积分方程利用边界元法进行离散,即得到边界元求解方程。

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