Для цитирования:
Лепетков Д. Р. Расчет рассеяния плоской звуковой волны абсолютно жестким телом произвольной формы на основе граничного интегрального уравнения Бертона – Миллера // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 4. С. 534-545. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-4-534-545, EDN: PKGXTO
Расчет рассеяния плоской звуковой волны абсолютно жестким телом произвольной формы на основе граничного интегрального уравнения Бертона – Миллера
Рассматривается задача расчета рассеяния плоской звуковой волны абсолютно жестким трехмерным телом. Предполагается, что поверхность тела задана неструктурированной полигональной сеткой (треугольным 3D-мешем), что важно для практических приложений. Развивается метод граничных элементов на основе регуляризованного интегрального уравнения Бертона – Миллера с параметром $\alpha$. Применение этого уравнения решает проблему неединственности решения. Несмотря на то, что данный подход изучался многими авторами, некоторые факты оставались неисследованными, в частности, регуляризация для неструктурированных сеток, обоснование метода коллокаций для регуляризованного уравнения Бертона – Миллера. В данной работе даны некоторые ответы на эти вопросы. Предложены регуляризованное уравнение Бертона – Миллера и его дискретная обоснованная версия на основе метода коллокаций. Это позволило разработать устойчивый численный метод, работающий для произвольных волновых чисел. В нем применяется интегрирование по ячейкам Вороного, оценка поверхностного градиента акустического потенциала по соседним вершинам. С целью валидации и тестирования численного метода, обоснования выбора параметра $\alpha$ для случая шара сделан вывод аналитического решения напрямую из уравнения Бертона – Миллера и сферического разложения Джексона функции Грина. Приведены результаты программной реализации.
- Колтон Д., Кресс Р. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния. Москва : Мир, 1987. 311 с.
- Авдеев И. С. Рассеяние звука телами неканонической формы : дис. . . . канд. физ.-мат. наук. Тула, 2011. 153 с. EDN: https://elibrary.ru/QFDEQF
- Скобельцын С. А. Некоторые обратные задачи дифракции звуковых волн на неоднородных анизотропных упругих телах : дис. . . . д-ра физ.-мат. наук. Тула, 2020. 317 с. EDN: https://elibrary.ru/TNKMIA
- Amini S. On the choice of the coupling parameter in boundary integral formulations of the exterior acoustic problem // Applicable Analysis. 1990. Vol. 35, iss. 1–4. P. 75–92. DOI: https://doi.org/10.1080/00036819008839905
- Simpson R. N., Scott M. A., Taus M., Thomas D. C., Lian H. Acoustic isogeometric boundary element analysis // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2014. Vol. 269. P. 265–290. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2013.10.026
- Burton A. J., Miller G. F. The application of integral equation methods to the numerical solution of some exterior boundary-value problems // Proceedings of the Royal Society of London. A. 1971. Vol. 323, iss. 1553. P. 201–210. DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1971.0097
- Lin T.-C. A proof for the Burton and Miller integral equation approach for the Helmholtz equation // Journal of Mathematical Analysis and Applications. 1984. Vol. 103, iss. 2. P. 565–574. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-247X(84)90146-X
- Chen K., Cheng J., Harris P. J. A new study of the Burton and Miller method for the solution of a 3D Helmholtz problem // IMA Journal of Applied Mathematics. 2009. Vol. 74, iss. 2. P. 163–177. DOI: https://doi.org/10.1093/imamat/hxp002
- Langrenne C., Garcia A., Bonnet M. Solving the hypersingular boundary integral equation for the Burton and Miller formulation // The Journal of the Acoustical Society of America. 2015. Vol. 138, iss. 5. P. 3332–3340. DOI: https://doi.org/10.1121/1.4935134
- Kress R. On the numerical solution of a hypersingular integral equation in scattering theory // Journal of Computational and Applied Mathematics. 1995. Vol. 61, iss. 3. P. 345–360. DOI: https://doi.org/10.1016/0377-0427(94)00073-7
- Gaunaurd G. C., Huang H. Acoustic scattering by a spherical body near a plane boundary // The Journal of the Acoustical Society of America. 1994. Vol. 96, iss. 4. P. 2526–2536. DOI: https://doi.org/10.1121/1.410126
- Meyer W. L., Bell W. A., Stallybrass M. P., Zinn B. T. Prediction of the sound field radiated from axisymmetric surfaces // The Journal of the Acoustical Society of America. 1979. Vol. 65, iss. 3. P. 631–638. DOI: https://doi.org/10.1121/1.382498
- Liu Y. J., Rudolphi T. J. Some identities for fundamental solutions and their applications to weakly-singular boundary element formulations // Engineering Analysis with Boundary Elements. 1991. Vol. 8, iss. 6. P. 301–311. DOI: https://doi.org/10.1016/0955-7997(91)90043-S
- Jackson J. D. Classical electrodynamics. 3rd ed. New York : Wiley City, 1999. 808 p.
- Халилов Э. Г. О приближенном решении одного класса слабо сингулярных интегральных уравнений // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 310–325. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2020-20-3-310-325, EDN: https://elibrary.ru/XVVVZH
- 219 просмотров