21242.管道聲學(xué)一維與三維數(shù)值解比較及形狀優(yōu)化

1、碩士學(xué)位論文管道聲學(xué)一維與三維數(shù)值解比較及形狀優(yōu)化ComparisonBetweenOnedimensionalandThree—dimensionalAcousticNumericalSolutionandShapeOptimizationforPipes(國家自然科學(xué)基金資助項目項目批準(zhǔn)號：1127207311372059)學(xué)21204196大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文

2、摘要管道作為一種工程中十分常見的結(jié)構(gòu)，在建筑、航天、軍工等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本文對管道中的一維波動方程Webster方程進行研究，探討其在三維管道中的適用范圍，并針對分析結(jié)果，對管道進行了兩個維度的優(yōu)化。首先，本文采用有限差分策略通過求解線性方程組獲得一維Webster方程數(shù)值解，并參照目前存在一維Webster方程解析解的管道：直管、圓錐管道、指數(shù)管道、懸鏈管道，分析了該數(shù)值方法在不同參數(shù)的上述管道中的求解精度，驗證該數(shù)值解能否代

3、替解析解進行基于平面波假設(shè)的一維管道的求解和分析。隨后，引入三維LMSVirtualLab有限元分析軟件平臺，對不同參數(shù)值的圓錐管道、指數(shù)管道、懸鏈線管道3種典型喇叭管道的聲波進行了三維仿真分析，并與相應(yīng)的一維Webster方程解析解進行比較分析，分析了上述三種典型管道基于平面波假設(shè)的一維Webster方程解析解在三維管道中的適用范圍，探討了何種條件下，管道的一維Webster方程解析解可用以估算三維管道中的實際情況。最后，對管道進行兩

4、部分優(yōu)化。第一部分優(yōu)化中，采用三次樣條插值法設(shè)計一種喇叭管道，通過改變喇叭曲線的形狀，進行計算和比較，以說明與三種典型管道相比，這種形狀的喇叭管道，其兩端口速度值一維Webster方程數(shù)值解與三維有限元仿真解更接近。該管道的一維Webster方程數(shù)值解能更準(zhǔn)確地預(yù)測其三維實際管道傳聲問題，進而可以在計算上用一維解代替三維仿真解，以此避免了三維建模的過程，可以很大程度的減少計算量，提高計算效率。第二部分優(yōu)化中，運用ANSYS有限元分析平臺