起伏海面水面船回声强度预报方法及统计规律研究

本文基于随机起伏水面舰船目标六自由度动力学模型和界面附近目标多路径声散射理论，考虑水面多次反射的影响，建立时变海面条件下水面舰船声散射预报模型，分析不同海浪谱条件下水面舰船回波强度统计规律。通过开展拖曳水池造波条件下舰船缩比模型声散射试验，获取舰船模型在水平探测角上时域回波特征。研究表明：120～180 kHz探测频段下回声强度理论预报幅值与实测结果平均误差小于3 dB；从舰船模型声散射实测和计算结果中均发现，波浪作用下舰船随时间变化的回声强度幅值符合χ2分布的统计规律，其回声强度均值和双自由度数值k符合较好，验证了预报模型的有效性。     

声学目标强度建模

所谓“目标强度”（TS）是指描述潜艇作为被主动声呐探测目标的主动声呐等式中唯一的量。作为支持系统估算声探测距离的输入值，了解目标强度具有决定性作用，并对完成潜艇使命具有直接影响。因此，用于计算目标强度的数值法和软件对于潜艇设计和声目标强度的测量变得日益重要。目前，有多种专门用于该工作，并且经常用于实艇的目标强度的计算。     

有限长双层加肋圆柱壳体低频回声:近似理论和实验

研究了有限长双层加肋圆柱壳体的低频回声特性,提出了一种近似预报方法并进行了实验验证。该方法将回声分为弹性部分和几何部分,弹性部分用薄壳理论求解的包含中间水层的弹性散射波来近似;几何部分用修正板块元法计算的壳体和肋板构成的类似角反射体的几何回声来近似,将两者按能量叠加得到总回声场。低频回声实验的ka值约在5～10之间,通过实测的频率—角度谱与理论计算结果的比较分析了各种回声的形成机理。最后将实测目标强度与近似理论预报的结果进行了对比,两者在大部分角度吻合良好。     

数值/解析混合方法计算含复杂结构的有限长圆柱壳体声辐射

本文研究了含复杂内部结构的水中有限长圆柱壳体的受激振动和声辐射问题。壳体的振动方程由Donnell方程描述，内部支座结构的作用由有限元方法计算，采用数值／解析混合计算方法对具有支座结构壳体的声辐射进行预报。首先分析了数值计算中水负荷计算简化对计算壳体激励力的影响，而后讨论了内部具有支座结构的有限长壳体的声辐射特性。解析的方法有助于分析壳体产生声辐射的机理；有限元数值计算方法能够针对壳体内部不规则的结构进行计算，数值／解析混合计算方法结合了两种方法的优点，使得能够对含复杂结构的壳体振动和声辐射情况进行预报。     

基于几何声学的船舶舱室声学设计方法北大核心CSCD

[目的]为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施,[方法]基于几何声学理论中的声线跟踪法,考虑舱壁声透射的作用,提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布,计算舱室声压。通过搜索目标舱室的供能声线,计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度,根据灵敏度计算结果,设计船舶舱室降噪方案,优化舱室中高频噪声。[结果]利用该方法优化典型舱室噪声,噪声降低了7.3 dB。[结论]通过与统计能量法的对比分析,验证该方法可行,可指导船舶舱室降噪精细化设计。     

基于几何声学的船舶舱室声学设计方法

[目的]为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施,[方法]基于几何声学理论中的声线跟踪法,考虑舱壁声透射的作用,提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布,计算舱室声压。通过搜索目标舱室的供能声线,计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度,根据灵敏度计算结果,设计船舶舱室降噪方案,优化舱室中高频噪声。[结果]利用该方法优化典型舱室噪声,噪声降低了7.3 dB。[结论]通过与统计能量法的对比分析,验证该方法可行,可指导船舶舱室降噪精细化设计。     

基于参数等效法的敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度研究

采用参数等效方法计算了敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。首先应用有限元模拟充水阻抗管的方法获取圆台型空腔声学覆盖层敷设在与计算模型具有相同厚度的钢材上的声反射系数;其次,根据参数等效前后反射系数相等的原理,利用遗传算法反演声学覆盖层的等效物理参数(杨氏模量、泊松比、损耗因子);最后将反演得到的等效参数应用于均匀阻尼层,获得模型的水下声目标强度,验证该方法的可行性。结果表明,该方法能有效且高效地获得敷设圆台型空腔声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。     

敷设声学覆盖层的标准潜艇低频目标强度分析

敷设声学覆盖层可以吸收入射声波并降低辐射噪声,是声隐身的常用手段。采用耦合有限元方法分析敷设声学覆盖层的标准潜艇收发合置低频目标强度,包括单壳体模型和双壳体模型。首先,建立声-壳-结构耦合有限元模型,并验证了模型的准确性。其次,分析了单壳体标准潜艇的目标强度,结果表明敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性,在某些频率点或入射角度,敷设声学覆盖层时的目标强度甚至比未敷设时更大。此外统计表明,敷设声学覆盖层可以略微降低平均目标强度。最后,分析了双壳体标准潜艇的目标强度,结果表明外壳敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性并且略微降低平均目标强度,而在此基础上再增加内壳声学覆盖层则几乎没有效果。     

船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算

船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下，本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用，建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM／BEM数学模型。在理论分析的基础上，利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型，首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动，并利用边界元软件SYSNOISE，对轻外壳面上的声强进行预报，本文的方法为解决大型复杂结构的耦合声振预报提供了一个典型的实例。     

潜艇动力舱浮筏隔振参数对振动与声辐射的影响

降低动力机械引起的潜艇壳体振动以及水下声辐射一直是工程上的一个重要问题。本文利用ANSYS有限元软件，建立了潜艇动力舱的水下声振耦合模型。通过数值计算，分析了主动力浮筏隔振系统中的参数变化，如上下隔振器的刚度、筏体的质量比和刚度改变对动力舱内振动传递率以及水下辐射噪声的影响。本文建立的计算模型可进一步推广应用于因机械设备引起的整个潜艇水下耦合声振预报。     

基于代理模型的集成上层建筑开口群角隅应力分析北大核心CSCD

针对具有开口群的船舶集成上层建筑,使用ANSYS分析其开口区域的强度特性。在多方案有限元计算的基础上,提出兼顾计算精度和计算成本的强度计算模型。基于该模型,以影响开口区域应力的主要设计参数为设计变量,构造了快速预报开口群角隅节点应力的4种代理模型,并对这4种代理模型进行误差检验,得出在所选取的样本点比例下,Kriging代理模型拟合精度较高。因此,采用构造的Kriging模型分析了结构尺寸对开口角隅节点应力的影响。结果表明:开口面板厚度的变化对角隅节点应力水平影响最大。     

有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究

有限长双层弹性圆柱壳体散射声场的计算可在一定程度上估算水下目标的声散射特性,对此进行研究具有显而易见的工程实用价值。目前,对水下弹性体的声散射问题已得到了广泛而深入的研究,但对有限长双层弹性圆柱壳的声散射讨论的较少。本文借鉴无限长弹性壳体散射声场的计算结果,采用变形柱计算方法,导出了平面声波垂直入射时水中有限长双层圆柱壳散射声压的简单而明显的表达式,并给出远场散射形态函数,同时计算了远场平面声波在0～180°范围内入射到有限长双层弹性圆柱壳体的目标强度值。说明内外壳体散射声场形态函数的迭加在一定程度上可实现对双层弹性壳体散射声场的近似表达,同时双层壳体散射声场的形态函数声频特征较单层壳体的声频特征丰富等有意义的计算结果,为缩比模型的设计、建造等提供了基础判据。     

一种利用声线轨迹软件实现声学系统性能预报的方法

为了开展声学系统性能预报技术研究,在对内陆湖的环境边界特性和常年水温剖面统计分析的基础上,根据获取的经验声速计算公式,编制了内陆湖声线轨迹分析软件,利用该声线分析软件提出了一种对声学系统产品性能进行预报和分析的方法,该方法能给出声学系统作用距离预报范围,试验证明该方法可行,最后对预报结果和方法进行了简要讨论。     

预报搁浅船舶船体强度的一种简化方法（一）

虽然对搁浅事故造成的破坏后果已有所了解，但可被设计者用来来评估船舶发生搁浅时船体强度的工具却非常少。本文提出了一种发生搁浅事故时预报船底强度的简化方法。船体的结构单元在船舶长度方向呈现周期性布置的特征，因此，船舶搁浅过程产生的船体变形阻力在某种程度上也是呈现纵向周期性的特征。对于船底的主结构单元，本文主要考虑以下四种破坏模式：横向结构的拉伸破坏、船底板的凹陷破坏、撕裂破坏以及蛇腹形撕裂破坏。将用于这些特定破坏模式的计算公式组合起来，建立了预报船底强度的简化方法。对照一系列大尺度搁浅试验结果以及某实际发生的搁浅事故对所提出的简化预报方法加以校核，证明所提出的预测方法是正确的。该方法最具吸引力的地方在于万一发生船舶搁浅事故时能采用这种方法通过手工计算来预报船体的强度。     

潜艇破冰上浮近场动力学模型

[目的]随着各国对北极地理和气候环境研究的深入,越来越深刻认识到潜艇在北极所能发挥的政治和军事价值。研究潜艇破冰上浮过程及冰载荷的动态特性,可为潜艇壳体的设计和破冰厚度的选择提供支撑。[方法]基于近场动力学方法建立潜艇破冰上浮过程计算模型。首先,详细介绍近场动力学方法用于捕捉物体断裂问题的理论基础,分析该方法用于海冰材料模拟的可行性。然后,为反映潜艇破冰上浮真实的物理过程,基于接触检测理论,建立海冰粒子与潜艇表面的接触区域识别算法,给出计算接触载荷方法。最后,将近场动力学方法与接触区域识别算法结合在一起,开发潜艇破冰上浮计算程序,以跟踪每一个时刻的破冰状态,计算海冰对潜艇壳体的作用力。并以美国DARPA潜艇模型SUBOFF为计算对象,开展潜艇破冰上浮过程数值模拟。[结果]计算结果表明:在用所提方法模拟的潜艇上浮破冰过程中,海冰的动态断裂过程与观察到的美国核潜艇的破冰上浮结果基本一致,冰载荷的动态变化与实际情况相符合。[结论]该方法能为潜艇与冰的相互作用研究提供思路,所得结果可为极地潜艇壳体结构的优化设计提供支撑。     

基于IWO算法的轴系-基座-壳体系统声辐射优化研究

螺旋桨推进轴系与壳体耦合振动和声辐射一直是重点研究问题之一,由于轴系-基座-壳体结构复杂,对于激振力引起的结构表面声辐射尚未形成一套有效的计算和优化方法。针对该问题,本文尝试通过功率流有限元和声学边界元方法,对系统声优化问题进行研究。在直线校中状态下,用相应单元模拟系统中减振器、隔振器和吸振器,建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,利用有限元转子动力学,计算系统某特定工况下频率响应。在此基础上采用IWO算法,以各减振单元参数为设计变量,以传递路径的总功率流为目标函数进行优化,最后利用声学边界元方法对优化结果进行对比分析。结果表明,将流经路径总功率流替代场点声压为目标函数,不仅能将问题简化,大大减少计算量,还能为系统减振降噪提供有效的优化计算方法,具有重要工程应用价值。     

内部含基座的加筋双层壳振动与声辐射计算

研究内部含基座的加筋双层壳振动声辐射问题。壳体的振动方程用Fltigge壳体理论描述，壳体与基座结构通过接触面上离散的节点耦合，基座对壳体的振动传递力用有限元方法计算，然后将其引入壳体振动方程，最后求解双壳体声一流体一结构耦合方程，计算结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示。结果表明：基座降低了壳体的振动及声辐射，增加基座面板厚度以及基座长度均能有效降低壳体的辐射噪声，这对水下结构的减振降噪设计具有重要的指导意义。     

海底三维散射模型仿真研究

海底声散射强度是浅海混响预报的一个重要物理量.采用Jackson复合粗糙度模型研究了非均匀海底界面的声散射问题,对模型进行了理论推导和仿真计算,利用已发表的海底散射强度实测数据与模型仿真结果进行对照,验证了模型的正确性,并就海底沉积物类型和海底声学特性参数对海底反向散射强度的影响进行了分析.     

波浪弯矩设计值与长期预报理论计算值的比较

本文分析了国际船级社协会（ＩＡＣＳ）纵向强度标准Ｓ１中，波浪弯矩值成采用ＩＡＣＳＷＰ／Ｓ委员会推荐的海浪谱和海况统计资料条件下的长期预报理论计算值的关系，大量计算实践表明后者总体上要比前者大１．５倍。文中建议为了把长期技术应用于船体波浪弯的直接设计计算，对上述预报过程可取１０概率水平时地长期预报值作为船体波浪湾矩设计值。     

IACS波浪弯矩设计值与长期预报理论计算值的比较

本文分析了国际船级协会（ＩＡＣＳ）纵向强度标准Ｓ１１中波浪弯矩设计值与在采用ＩＡＣＳ ＷＰ／Ｓ委员会推荐的海浪谱和海况统计资料条件下的长期预报理论计算值的关系，大量计算实践表明后者总体上要比前者大１．５倍，文中最后建议为了把长期预报这一技术应用于船体波浪弯矩的直接设计计算，对上述预报过程可取１０＾－５．５概率水平时的长期预报值作为船体波浪弯矩设计值。