Informe Técnico AS 01/17: "Método de Elementos de contorno (BEM) aplicado a la dispersión acústica de objetos 3D. PARTE I: Fundamentación teórica y resultados numéricos"

EDMUNDO LAVIA; JUAN D. GONZÁLEZ; SILVIA BLANC

2016-08-01/2017-04-30

1-56

Informática (software)

Defensa y seguridad-Otros

Los resultados presentados en este Informe Técnico se enmarcan en una de las líneas de investigación abordadas en la División Acústica Submarina con el objetivo de avanzar en el desarrollo de modelos realistas y propios del parámetro Fuerza de Blanco (TS) aplicables al caso de submarinos. El tema bajo estudio reviste una notoria complejidad físico-matemática proveniente de la teoría de ecuaciones integrales que sustenta la formulación del Método de Elementos de Contorno (BEM, del inglés, Boundary Element Method) además de las dificultades numéricas que surgen en la generación de las rutinas computacionales involucradas en su implementación. Se presentan aquí los fundamentos teóricosy la implementación computacional de un Método BEM aplicado al caso del fenómeno de dispersión (scattering) de ondas sonoras producido por objetos acústicamente no penetrables. En particular, se ilustra el funcionamiento del código implementado para un objeto dispersor duro (hard scatterer), osea, matemáticamente hablando, el caso de condiciones de contorno tipo Neumann. Partiendo de un código en FORTRAN, desarrollado y compartido por Stephen Kirkup, se re-implementó el mismo enlenguaje de programación Julia, añadiéndole además la posibilidad de admitir geometrías almacenadas en archivos con formato STL y la capacidad de aprovechar arquitecturas computacionales multicore a través de la paralelización de las rutinas para obtener los patrones de campo lejano y cercano. Seefectuaron verificaciones de los programas desarrollados para casos límites conocidos como esferas y esferoides. Se evaluaron patrones de scattering en campo cercano para cuerpos complejos (submarino y avión), a través de la utilización del cluster de desarrollo instalado recientemente en la institución, lo cual posibilitó la resolución de dichos problemas en lapsos de tiempo razonables mientras que su resolución en una PC de escritorio habría resultado inviable. Por otra parte, los mallados utilizados en la implementación efectuada fueron construidos a tal efecto, lo cual permitió adquirir una capacidad en la generación de mallas para estructuras complejas que será útil en el futuro cercano para el cálculo del parámetro TS por estos métodos u otros también basados en discretizaciones.