余航一行人结束了愉快的游艇之旅,都心满意足地返回了学校,各自回味着白天的刺激与兴奋。
然而,余航却将万黎鸿和江浩川单独留了下来,他神秘地笑了笑,似乎有什么重要的事情要交待。
“现在这艘游艇的噪音问题不过关,你们能想到什么解决方案吗?”余航没有拐弯抹角,直接试探性地问道。
“之前不是提过了吗?有限元分析可以解决振动问题,这次也能用吗?”
万黎鸿反问道,他习惯性地推了推眼镜,眼神中带着一丝期待。
上次他已经跟着余航掌握了有限元的使用方法,正想着趁此机会实践一把。
余航并没有直接回答,而是将目光转向江浩川,继续问道:“浩子你呢?你有什么想法?”
“你问我?我懂个屁啊?”江浩川如丈二和尚一般摸不着头脑,脸上写满了疑惑。
余航没有留下匡星野和周伟这两个“技术骨干”,却偏偏把他一个计算机专业的外行人留下来,实在让他百思不得其解。
余航笑了笑,拿起一支马克笔,走到白板前,开始讲解起来——
“现在我们有三种可行的方案,第一种,就是利用有限元法进行模拟。”余航一边在白板上写着,一边耐心地解释道,
“之前给海天船舶解决振动问题时,我们用的是模态分析法。但那条船振动的主体是钢材,而玻璃钢材料是各向异性的脆性材料,和钢材的物理性质完全不一样。”
“也就是说,不能用之前的方法进行计算呗!”万黎鸿虽然只听懂了个大概,但也能准确地把握住余航话语中的核心意思。
“确实不能简单地套用模态分析法。”余航点了点头,继续说道,
“要想求解声场问题,我们需要同时对结构和流体进行有限元网格离散,并以此为基础建立有限元方程进行分析。但这种方法对单元的尺寸要求非常严格,必须远小于弹性波的波长。”
“针对船舶这种复杂结构的振动噪声问题,有限元声学方法需要求解包含巨大矩阵的结构振动与声场耦合方程,这会产生难以接受的计算量。与此同时,单元划分的条件也会严重影响船舶舱室噪声预测模型的计算规模,直接决定模型的上限预测频率。如果想要扩展预测频率的范围,计算规模将会急剧增大,严重影响求解效率和预测精度。”
万黎鸿一开始还认真地掏出了纸和笔,打算详细地记下笔记。
但听着听着,他的眉头越皱越紧,最终无奈地把笔扔到了一旁,望着余航的脸,苦笑着说道:
“说人话!”
“也就是说,理论上可以计算,但是需要耗费大量的时间。”余航一言以蔽之地解释道。
“之前给海天船舶做计算的时候,不是挺快的吗?那次也用了有限元分析法啊?”万黎鸿依然有些疑问,不太理解为什么这次会这么麻烦。
“那次仅仅是计算刚体的固有频率,这次要包括流体的影响。”余航继续认真地解释道,“还记得之前我给你们讲的,为了模拟筷子弯曲,需要把它分为许多段吗?”
“记得,我笔记上还写着呢。”万黎鸿很快就找到了那一页,指给余航看。
余航点了点头,继续说道:“模拟筷子弯曲,可能只需要把它分成五六段就足够了,最多也就是八九段。但是你要模拟水流,模拟声波,那可不是几段或者十几段就能模拟得了的,可能需要上百段。
也就是说,最终的模型可能会有上百万个网格才能模拟得更加准确。”
“说的有道理啊!”万黎鸿若有所思地点了点头,似乎明白了其中的关键,“流体变幻莫测,自然要尽量细分才行。”
“所以你还愿意做吗?”看到万黎鸿已经理清了思路,余航饶有兴趣地问道,他想看看这位学霸的决心。
“做!为什么不做?不就是多划分几个单元,多算几种情况吗?”万黎鸿的倔强劲头又上来了,他撸起袖子,自信满满地说道,“你等着,我现在就开始建模!”
说完,万黎鸿就在电脑前飞快地操作起来,手指在键盘上翻飞,仿佛对他来说,做研究比在游艇上消遣要有意思得多。
……
“那我呢?我可不会有限元分析。”江浩川完全不知道余航和万黎鸿在说些什么,在旁边晾了半天,这才转过身来,一脸茫然地看着余航。
“还有第二种方法。”余航将刚才写得满满一白板的东西全都擦掉,又重新开始写字——
“经验预测法?”江浩川有些懵,完全不明白这又是什么高深莫测的理论。
“对,我这里有大量的经验数据,但并没有完全符合这条游艇的结果,需要你用计算机的方法来获取经验公式。”余航解释道。
“经验回归方程?这个我在行啊!”江浩川一听,立刻来了兴趣,这可是他的专业领域。
“对,经验预测法是一种半经验、半解析的预测方法,针对某些具有母型船,且在外形轮廓和布置形式上相近的船舶,能够比较准确地预测出新船的舱室噪声情况。”余航继续解释道。
“你那有多少条数据?”江浩川问道,他需要评估一下工作量。
“三四千条吧。”余航翻看着系统商城,只找到了这么多相关的数据。
“小意思,都给我吧!”只要编写好了计算程序,再多的数据对他来说,也就是几个循环递归而已,根本不在话下。
……
经过一个通宵的奋战,万黎鸿终于建立好了游艇的有限元模型,江浩川也成功地求出了经验公式。
“接下来就是见证方案成效的时刻了!”余航看着两人疲惫但兴奋的面容,也感到非常激动。
“有限元分析,启动!”万黎鸿兴奋地点击了计算按钮。
随着主机硬盘咔咔地响个不停,鼠标的箭头变成了漏斗的形状,在屏幕上不停地转圈,转圈,再转圈……
“预计计算时间……485小时!?”万黎鸿瞬间瘫倒在椅子上,一脸绝望。
“果然!”余航心里其实早有预料,曾经有一位学者为了计算一个10万节点的噪声算例,拿着二十年后的多核服务器也算了十多个小时,更别提2000年的单核奔腾三了。
原本他想着试一试,如果二三十个小时能够解决,也值得等待一下,可485小时……还是算了吧。
“看来还得靠我了!”江浩川得意地炫耀着他的成果,他可是熬夜写了一晚上的代码呢。
根据他推导出的经验公式,很快就得到了解决方案。
他们叫上周伟,对游艇里的结构和布置进行了调整,然后再次下水测试了一遍。
“怎么还是有70分贝的噪音?这和公式的结论不一致啊!”江浩川纳闷道,他觉得自己推导出的公式应该不会有这么大的误差才对。
余航叹了口气,无奈地说道:“看来经验公式的准确程度终究是有限的,算不准也是情理之中。”
“那现在怎么办?”万黎鸿和江浩川一同问道,他们都有些灰心丧气。
“那就只能用第三套方案了。”余航看了看面前的二人,平静地说道。