水下有界空間中彈性結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報方法研究.pdf

1、水下結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報是水聲領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容,是減振降噪、定量聲學(xué)設(shè)計等工作的依據(jù)與理論基礎(chǔ)。實(shí)際上,結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境往往并非自由空間,這涉及了結(jié)構(gòu)與水的耦合振動、聲的多途傳播以及多次反射聲造成的互散射與結(jié)構(gòu)的耦合等多個問題,使得水下有界空間中結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報成為需要研究的課題。
　　本文首先從現(xiàn)有的自由場聲輻射預(yù)報方法入手,簡單闡述了這些方法的基本原理,并進(jìn)行了歸類、對比。最后選擇了點(diǎn)源波疊加法作為有界空間中聲輻射預(yù)報的主要方

2、法。然而波疊加法(又稱作等效源法)卻并不完善,存在等效源和振動測點(diǎn)的優(yōu)化配置等問題。為此,提出了一種最小二乘意義下的等效源配置方法,該方法通過匹配少量參考點(diǎn)的聲壓幅值,可搜索得到最優(yōu)的等效源位置,從而改善波疊加法的聲輻射預(yù)報精度。并在此基礎(chǔ)上,分析了利用該方法預(yù)報聲場的相關(guān)誤差因素,指出了一些提高精度的等效源和測點(diǎn)位置選取準(zhǔn)則,以期波疊加法能更好地運(yùn)用于聲輻射預(yù)報。
　　選擇波疊加法作為有界空間中聲輻射預(yù)報主要方法的原因之一是它將

3、結(jié)構(gòu)等效成了一系列的簡單源,簡單源的格林函數(shù)能較方便地根據(jù)反射面的類型和位置作出調(diào)整,而且有望與現(xiàn)有的聲傳播算法結(jié)合,實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)中結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報。但格林函數(shù)究竟如何調(diào)整卻沒有定論。為此先從存在單個反射面的半空間聲場環(huán)境出發(fā),針對水下結(jié)構(gòu)的聲輻射快速預(yù)報問題,提出了采用自由場格林函數(shù)來獲得等效源強(qiáng)度的半自由場波疊加法,并針對水和結(jié)構(gòu)的耦合特性,分析了反射面與結(jié)構(gòu)之間的互散射對聲輻射預(yù)報的影響,進(jìn)而提出了結(jié)構(gòu)表面法向振速的兩種處理方法:波疊

4、加反射聲振速分離法和忽略反射聲對結(jié)構(gòu)法向振速影響的快速法。最后結(jié)合有限元法和邊界元法分析了半空間中彈性結(jié)構(gòu)的振動聲輻射。
　　半自由場波疊加法的提出,避開了結(jié)構(gòu)表面三維空間的格林函數(shù)求導(dǎo)問題,使得波疊加法能夠與波導(dǎo)中的聲傳播算法結(jié)合。因此提出了波動波疊加法和射線波疊加法,它們分別將波疊加法與聲傳播理論中的簡正波法和射線法結(jié)合,用于計算結(jié)構(gòu)在平行平面層波導(dǎo)中的輻射聲場。進(jìn)而對這兩種方法各自的優(yōu)勢和適用范圍進(jìn)行了分析,指出波疊加法與傳

5、播理論結(jié)合時需要針對需求選擇適宜的傳播算法。然后將半空間中彈性結(jié)構(gòu)分析的有限元模型進(jìn)一步推廣用于波導(dǎo)中有限彈性結(jié)構(gòu)的耦合振動及聲輻射分析。通過彈性結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報對有限元法、波動波疊加法和射線波疊加法進(jìn)行了對比,并分析了這些方法各自的適用條件。并指出只要傳播算法能給出點(diǎn)源的輻射聲場,提出的波疊加法就可以與之結(jié)合,實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)中結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)報,因此可以推廣到其他類型波導(dǎo)的彈性結(jié)構(gòu)聲輻射預(yù)報中。
　　最后針對前面進(jìn)行的數(shù)值分析進(jìn)行了實(shí)體