浸水結(jié)構(gòu)聲輻射與聲透射特性計算.pdf

1、碩士學(xué)位論文浸水結(jié)構(gòu)聲輻射與聲透射特性計算SoundRadiationandTransmissionCharacteristicsCalculationofSubmergedStructures學(xué)21308027大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要水下結(jié)構(gòu)聲輻射問題一直都是船舶設(shè)計人員關(guān)注的一個焦點。目前用于水下結(jié)構(gòu)聲輻射噪聲預(yù)報的方法主要有解析法、數(shù)值法和實驗法等。解析法適用

2、于簡單的結(jié)構(gòu)形式，實驗的方法成本較大，而數(shù)值法因其靈活性和高效性得到了最廣泛的應(yīng)用。水下結(jié)構(gòu)聲輻射是一個典型的流固耦合問題，需要分別對結(jié)構(gòu)和流體進行建模，目前結(jié)構(gòu)主要使用有限元法(FEM)，流體主要使用有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)等。FEM／FEM比較適合用來求解有限流體域內(nèi)的聲振特性，F(xiàn)EM／BEM對于計算無限大或半無限大流體域很有優(yōu)勢。本文基于FEM／BEM對無界流場中浸水結(jié)構(gòu)的聲輻射特性進行了研究，主要內(nèi)容如下：首先以板

3、殼結(jié)構(gòu)為研究對象，推導(dǎo)了基于Mindlin板模型的有限元方程，編寫了四邊形四結(jié)點等參單元的動力有限元程序，采用子空間迭代法來計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，通過懸臂板和自由板的模態(tài)計算驗證了程序的正確性。然后推導(dǎo)了三維聲波波動方程，從穩(wěn)態(tài)聲場的Helmholtz微分方程出發(fā)，利用權(quán)函數(shù)法推導(dǎo)了邊界積分方程。采用四邊形四結(jié)點等參單元對邊界進行離散，采用坐標(biāo)變換法消除積分奇異性，采用CHIEF法解決特征頻率處非唯一性問題，最終推得了聲學(xué)邊界元法的

4、系統(tǒng)方程。根據(jù)理論編寫了直接邊界元法計算聲輻射的程序，計算脈動球源的聲輻射特性，結(jié)果與解析解相吻合。其次根據(jù)在流固耦合交界面上的連續(xù)條件，基于結(jié)構(gòu)有限元方程和流體邊界元方程建立了流固耦合方程。求解結(jié)構(gòu)在流體中的振動特性時可將聲壓變量消去，流體對結(jié)構(gòu)的作用簡化為附加質(zhì)量形式；求解結(jié)構(gòu)聲輻射特性時將位移變量消去，以聲壓為未知變量，通過求解耦合方程，便能得到流體域內(nèi)任一點的聲壓。根據(jù)以上理論本文編寫了結(jié)構(gòu)有限元法耦合流體邊界元法的浸水結(jié)構(gòu)聲輻

5、射程序，以無界流場中內(nèi)部受簡諧聲壓作用的球殼為例進行計算，與解析解取得了很好的一致。最后本文還研究了封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部有聲源作用時殼體的聲透射特性。對球殼內(nèi)外域分別應(yīng)用Helmholtz積分方程，然后根據(jù)在球殼表面法向速度連續(xù)條件建立以聲壓為未知變量的耦合方程，解得結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的聲壓即得到結(jié)構(gòu)的聲透射特性。根據(jù)理論編寫了計算聲透射的程序，計算了無界流場中內(nèi)部有點聲源激勵的球殼的聲透射特性，通過與解析解對比驗證了程序的正確性。關(guān)鍵詞：流固耦合；