218 / 2019-08-29 23:58:02

海洋信道中浮体声辐射与声传播集成计算方法及其高性能计算实现

计算力学新方法，新理论 > 高性能算法的理论与实现

海洋水声环境会对浮体在水中产生的辐射声场造成重要的影响。由于其计算的复杂性，总是会对海洋水声环境进行一些简化，这些简化往往会限制其工程适用性。本文将船舶三维声弹性理论与计算海洋声学相结合，发展了一种计及声速剖面的复杂海洋水声环境中的船舶三维声弹性计算方法。该方法引入计算海洋声学中针对复杂水声环境的相应格林函数，考虑了海面、海底以及声速剖面对声场的作用，并利用简单源边界积分方程计算任意形状水中浮体相应的辐射声场。针对近场和远场，分别采用镜像法和简正波法计算对应的格林函数，大大缩减了计算的复杂度。以弹性球体为例，通过与有限元方法结果的对比，验证了该方法的可靠性和高效性。进一步将该方法应用于一胶囊壳体在海洋信道中的声场指向性计算，表明了该方法在工程中针对任意弹性浮体结构的适用性。结合国产超算平台，进一步实现了算法的一级MPI并行计算以及二级众核并行算法，使复杂问题的计算效率大幅提升。以一水面船在深海环境中的声辐射及声传播计算为例，展示了程序的并行效率和计算结果，表明了该并行算法在工程计算当中有着极高的应用价值。