基于声辐射模态理论的声场分离技术（英文）

为了消除复杂声场中干扰噪声对于近场声全息重建精度的影响,该文提出了一种基于单层阵列测量的声场分离技术。当目标声源和干扰噪声源为相干声源时,利用源强密度声辐射模态分析理论建立了声源与辐射声场的数学关系模型,通过对单层阵列测量的声压数据进行空间重采样得到两组子数据,构造各组子数据与目标声源和干扰噪声源的声辐射模态之间的数学公式,再求解公式中目标声源的各阶声辐射模态的展开系数,可重构目标声源在阵列处的声场响应,达到声场分离的目的。刚性脉动球声源与刚性脉动球干扰源、平板声源与刚性脉动球干扰源的数值仿真及对影响该方法的相关参数进行了详细研究,相关结果表明该方法具有较好的有效性和正确性。     

水下圆柱壳自由场声辐射特性的获取

[目的]水下目标的声辐射特性测量通常因受到海面、海底和外部噪声源的干扰而难以获取。为了解决在以海面或海底为界且有噪声源干扰下的半空间内水下目标自由场声辐射特性的获取问题,[方法]利用基于边界元法的声场还原技术,以典型的水下圆柱壳模型为例,分别还原圆柱壳只在海面/海底影响下或同时受海面/海底以及外部噪声源影响下的自由场声辐射特性。[结果]数值结果表明:海面、海底和外部噪声源会极大地影响水下目标辐射声场的测量结果,但利用基于边界元的声场还原方法分离得到的还原声场的辐射声功率与自由声场的结果吻合较好,同时场点声压、指向性等特性也基本一致。[结论]因此可以利用基于边界元的声场还原方法有效获取水下目标的自由场声辐射特性。     

声源激励下锥柱组合壳体水下声辐射特性试验研究

针对单层壳和锥柱组合壳2种典型壳体结构内部强噪声源引起的水下辐射噪声问题,开展小比例缩比模型的振动声辐射试验,给出不同结构形式对声激励下,圆柱壳结构振动与声辐射的影响规律及主导因素。试验结果表明：相同声源激励条件下锥柱组合壳结构声辐射频段总声压级最小。低频段下,单层壳与锥柱组合壳之间总声级差值可达8 dB;500 Hz以下频段声腔模态起主导作用,500～1 500 Hz频段内声腔模态和结构模态共同作用;内部声腔在其固有频率处会造成壳体的强烈耦合效应,从而出现声压级峰值。     

声激励水下旋转壳体振动和声辐射的数值预报

本文将有限元加边界元——修正的模态分解法推广到对水下任意形旋转壳体在近场声源激励下振动和声辐射的数值预报问题。以长短轴比为2:1的水下椭球薄壳的声激励问题为例进行了具体计算,其中声源为置在椭球壳端部附近轴线上的单极子或偶极子型点声源。给出了椭球壳弹性振动的辐射声和总辐射声的指向性计算结果,并与把椭球壳作为刚性体的计算结果进行比较。结果表明:在总声场指向性的预报中,如果不考虑椭球壳弹性振动产生的辐射声将会导致大的误差,特别当激励源频率在壳体的谐振频率附近时,壳体辐射声对声场的贡献远远大于声源本身的贡献。     

基于直线阵和已知声源的噪声源识别分析方法

噪声源识别对于舰船声学设计和噪声控制具有重要意义.本识别方法在被测试舰船上安装发射声源,利用测量船布放直线阵辐射噪声测试系统,通过已知声源信号和直线阵辐射噪声同时基测试,确定已知声源信号在辐射噪声中的时间延迟,对同步测量的自噪声信号与辐射噪声信号进行时延补偿,通过相关或相干分析对主要噪声源进行识别分析,通过仿真和实验证明本方法的可行性,能达到识别噪声源并分离贡献的目的.     

使用相位共轭阵列进行声源定位的相关参数研究

基于相位共轭方法采用离散阵列对用于声源定位的相位共轭阵列参数进行了数值计算研究,研究了阵元间距、阵列面积、声源频率和阵列形式等对声场聚焦幅值和空间尺寸大小的影响.数值计算结果表明:采用平面阵列,为突破声波衍射极限,阵元间距应为△≤0.5λ,最优的阵元间距为0.15λ.在近场基于声压梯度测量使用偶极子源的相位共轭阵列,阵列边长满足a≥1.4λ即可,并且随着频率升高,相位共轭声场的幅值增大,得到的相位共轭分辨率降低.对于阵列形式,采用十字交叉阵列可用较少的阵元个数就可以突破衍射极限.如果阵列与声源为共形面,推导出相位共轭声场幅值与声源的辐射声功率成比例,文中还计算并验证了相位共轭声场幅值与辐射立体角的关系.     

半空间内结构声辐射研究

采用解析方法,以脉动球为例研究了以自由表面或刚性表面为界的半空间内的声辐射问题.重点研究了自由表面或刚性表面对结构辐射声功率和辐射方向性的影响.数值结果表明:在低频和自由表面距离脉动球源较近时,自由表面的存在会大大地减小脉动球源的辐射声功率,自由表面对辐射声功率的影响可高达-40dB左右.但随着频率和自由表面离脉动球源距离的增大,自由表面对脉动球源辐射声功率的影响会急剧地减小.当频率较高或自由表面距离球源较远时,自由表面对脉动球源辐射声功率的影响是不大的;刚性表面对脉动球源辐射声功率的影响远远小于自由表面对脉动球源辐射声功率的影响,其最大的影响也仅为 3dB.文中还讨论了用边界元法求解三维复杂结构在半空间内的声辐射问题,并进行了计算验证.     

基于近场声全息的水下辐射声场可视化方法与实现

针对水下结构体辐射声场的测试及分析问题,提出一种基于近场声全息的辐射声场可视化方法,采用平面近场声全息技术完成声场测量,给出声压数据场的获取方法,并运用光线投射算法对单频点上声压场进行体绘制,较好地呈现了某频点上辐射声场的声源位置、强度分布及衰减情况.     

声激励位置对简单导管声辐射特性的影响

文章借助NASTRAN软件,研究了单极子和偶极子声激励位置对简单刚性导管声辐射特性的影响。结果表明：（1）声源的径向位置对导管声辐射影响大,而轴向位置影响小,声源越靠近导管壁,辐射声功率峰值越大;（2）对于单极子而言,声源偏离径向中心位置时,声场的对称性取决于声源的频率值;（3）偶极子声源的方向对于导管声辐射特性的影响很大,必须加以考虑。     

声激励位置对简单导管声辐射特性的影响（英文）

文章借助NASTRAN软件,研究了单极子和偶极子声激励位置对简单刚性导管声辐射特性的影响。结果表明:(1)声源的径向位置对导管声辐射影响大,而轴向位置影响小,声源越靠近导管壁,辐射声功率峰值越大;(2)对于单极子而言,声源偏离径向中心位置时,声场的对称性取决于声源的频率值;(3)偶极子声源的方向对于导管声辐射特性的影响很大,必须加以考虑。     

一种识别声源噪声辐射区域的方法

针对大型结构体的声辐射问题,提出了一种利用声辐射模态识别声源表面的噪声辐射区域的方法。分析了各阶声辐射模态对声源的辐射声功率的贡献量,找出了对远场辐射声功率贡献最大的几个主要的声辐射模态,然后利用这几个主要的声辐射模态重建声源表面法向振速,通过声源表面法向振速的重建结果实现了声源表面噪声辐射区域的识别。通过对平板声源在几种不同频率下的噪声辐射区域的仿真分析验证了文中方法的正确性。该文方法对于确定特定频率下声源表面的噪声辐射区域,从而进一步进行辐射噪声控制具有积极的意义。     

舰船辐射声场及声源特性测量方法研究综述

舰船辐射声场及声源特性测量是船舶声学研究的主要方向。文章梳理了舰船模型和实船声学测量的基本问题,重点综述了频响逆矩阵法、无限与有限空间波束形成、无界近场声全息、有界空间近场声全息和远场声全息、声强和声矢量及时反声聚焦等测量方法的发展脉络和取得的进展。     

用大涡模拟方法研究湍流边界层流动噪声

利用大涡模拟方法,对刚性光滑平板上充分发展的低马赫数湍流边界层流动进行了数值模拟.在此基础上将时一空变化的湍流流场信息作为近场声源,运用Lishthill的声学类比理论计算了边界层辐射噪声.文中讨论了偶极子、四极子对噪声的贡献,通过对比它们的功率谱密度,认为壁面剪切应力(偶极子)是湍流边界层辐射噪声的主要来源.     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

弹性板-圆柱壳水下声辐射特性及影响因素

弹性板-圆柱壳结构是工程领域常用的结构之一,其振动和声辐射特性是目前关注的重点。通过Abaqus 软件建立弹性板-圆柱壳耦合结构模型,采用三维声弹性理论计算其振动和水下声场分布,并研究降低声辐射的途径。结果表明,弹性板-圆柱壳水下辐射声场具有明显的对称性,辐射声压级受弹性板振动影响显著;通过提高弹性板厚度,采用 L 形截面的加强筋和在圆柱壳水平中面位置布置单层弹性板可有效降低圆柱壳水下声辐射。     

含损伤加筋板结构声辐射阻尼变异研究

从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念,考虑到辐射阻尼的特性,文章采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型,并用数值计算的方法研究简支板结构的声辐射阻尼特性.在研究结构损伤对声辐射阻尼影响的时候,以加筋板结构为例,计算结构不同损伤情况下的声辐射阻尼.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对声辐射阻尼的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

基于粒子群遗传搜索算法的水下结构内部激励力源识别

文章针对水下弹性结构,提出一种识别结构内部激励力源的匹配场处理方法及基于结构辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群遗传融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体为研究对象,采用数值计算方法建立了结构辐射声场传递函数拷贝场,并对匹配搜索算法进行了数值仿真分析。在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行了匹配处理。仿真结果与试验结果均表明,这种力源识别匹配场处理方法可以有效地针对结构内部的力源强度进行分析排序,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

波导中带帽圆柱壳的声辐射快速预报(英文)

In order to predict acoustic radiation from a structure in waveguide, a method based on wave superposition is proposed, in which the free-space Green's function is used to match the strength of equivalent sources. In addition, in order to neglect the effect of sound reflection from boundaries, necessary treatment is conducted, which makes the method more efficient. Moreover, this method is combined with the sound propagation algorithms to predict the sound radiated from a cylindrical shell in waveguide. Numerical simulations show the effect of how reflections can be neglected if the distance between the structure and the boundary exceeds the maximum linear dimension of the structure. It also shows that the reflection from the bottom of the waveguide can be approximated by plane wave conditionally. The proposed method is more robust and efficient in computation, which can be used to predict the acoustic radiation in waveguide.     

水下扁平阻抗结构衍射声场建模与计算

运用一致性几何衍射理论对水下扁平阻抗结构的衍射声场计算进行了理论建模与分析,并通过数值仿真讨论分析了水下扁平结构衍射声场分布与不同衍射类型、收发方式、结构表面阻抗特性、入射声波性质等几何特性和声学特性间的影响关系.其中,首次考虑了尖端衍射贡献影响,并重点分析了尖端衍射和结构表面阻抗特性在不同条件下对总的衍射声场作用规律和影响程度等.最后为验证上述理论模型和计算方法的正确性和可靠性,还与水下钢板散射声场分布实验测试结果进行了对比分析.研究结果表明:(1)考虑尖端衍射贡献影响使得上述模型更加完整,计算精度得到有效提高,且尖端衍射影响程度与入射声波频率、收发张角、结构表面阻抗特性以及声源、接收场点和结构的空间相对几何位置等因素有关;(2)结构两侧表面阻抗特性的影响规律和程度存在差异.其中,面向声源一侧的结构表面复反射系数幅值和背向声源一侧结构表面的复反射系数相角对结构衍射声场分布强度的影响尤为明显.这些对水下目标强度估计、自由场材料声学测试和衍射效应抑制技术研究等具有理论指导意义和工程应用价值.