声激励下板柱组合结构水下近场声学特性研究

为研究船舶声纳平台区域的声学环境,基于数值方法研究了声波激励下板柱组合结构的水下近场声学特性,并讨论了声波频率及声波入射角度对板柱组合结构声场的影响.结果表明,板柱组合结构内部的声场分布较为复杂.声波频率较低时,板柱组合结构内部声场分布较为均匀;声波频率逐渐提高时,板柱组合结构内部将逐渐出现明显的声压加强区和减弱区;声波入射角度对声场加强区和减弱区的大小及出现位置也有较大影响.     

水下不同边缘扁平结构散射声场特性研究(英文)

鉴于实际中存在的水下扁平结构的边缘特点,也为研究不同边缘附加结构形式对其散射声场的影响规律,并为边缘衍射效应影响抑制机理与技术等奠定基础,本文通过采用边界积分方法和边界元数值计算技术,并结合水下目标散射强度估计和水声无源材料自由场测试等工程实际,对不同边缘结构形式的水下扁平结构在不同频率范围和空间几何配置条件下的散射声场分布规律开展了定量的研究与分析.研究结果表明:在发射声源与结构几何配置等条件一定的情况下,无论前向散射还是镜向散射,附加边缘结构扁平矩板结构散射声场在频域和空间分布趋势上与未附加边缘结构的基本一致,即低频段起伏较小,而中高频段则波动较为剧烈,与结构距离越近越剧烈,这在前向散射中表现得尤为明显,其与波贡献主要成分、附加边缘的结构类型、边缘结构附加方式、结构参数、声波相干作用和边缘重数等因素密切相关.     

吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究

为考察吸声尖劈对船舶声纳平台水下声学环境的影响,开展了吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的模型试验研究。通过对板柱组合结构0%、36%、60%、100%敷设吸声尖劈材料,在声波以0°、90°、180°方向入射板柱组合结构时,研究了尖劈敷设方式、声波入射角度对板柱组合结构水下声场及散射声场的影响,得到了不同工况下板柱组合结构典型部位的声场分布。研究表明:吸声尖劈可明显改变板柱组合结构的声场分布,降低板柱组合结构的自噪声;但其抑制效果随考核位置、声波频率、敷设密度的不同而各有变化。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

基于相位共轭方法识别结构表面法向振速

基于相位共轭方法对平板和水下圆柱壳辐射声场的识别进行了数值仿真计算,得到结构表面声压分布后,通过两种方法识别结构的法向振速:一种方法给出结构在声场中的位置和尺寸,基于声压梯度计算法向振速;另一种方法根据结构表面阻抗关系计算法向振速。数值计算结果表明:基于声压梯度计算法向振速时,能得到法向振速幅值的大致分布,该方法计算简单,适用于无法得到声源表面阻抗关系的情况;而引入结构表面阻抗关系则能得到更加准确的识别结果。     

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.     

基于无限元法研究阻尼对船舶结构水下声辐射特性影响

船舶结构的水下声辐射问题,可利用无限元方法求解水下无界域声场,以只有4个节点的无限元映射网格代替流场网格,而无需建立流场单元。分析典型圆柱壳体结构的水下声辐射特性,既考虑了声固耦合的作用,又减小了模型的规模,大大提高计算效率;同时基于声学阻抗原理及声学无限元方法,研究阻尼对船舶结构水下声辐射特性影响,为船舶实际工程设计提供参考。     

舰船隔振中多层衰波媒质的声传递特性分析

文章研究了多层衰波媒质结构在斜入射声波作用下,各层媒质的几何参数变化对其衰波作用的影响规律。应用建立的二维传递矩阵数学模型计算了多层衰波媒质结构对垂直入射声波的衰波系数,并与实验结果进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果基本一致。同时利用此数学模型分析了媒质总厚度、各层厚度比及声波入射角度对声强透射和反射系数的影响。分析结果表明,各因素变化对结构中波传递特性影响较大,且在一定程度上增加结构总厚度和首层媒质厚度有利于增强结构的衰波性能,特别是增强低频区衰波性能。     

浅海声传播对声学测试影响的初步分析

海面与海底构成了声源浅海海域波导场的声传播环境。本文采用解析算法将球面波分解为平面波,推导给出介质层中的声场空间分布特征,给出了低频声波声源定深而接收点在一定深度附近变化的声场变化计算结果,并初步分析了浅海海域中由于海面起伏使接收水听器深度变化对声场强度的影响,对实艇声学测试具有较强的针对性和一定的工程实用性。     

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。     

水介质中复合材料壳板结构的声学设计

将复合材料壳板代替钢质壳板，建立了复合材料壳板结构的水中声学计算模型。从水声波动学方程出发，推导了不同终端边界条件下的传递矩阵、声反射系数和吸声系数，并通过试验研究证明了运用传递矩阵法进行声学设计的可靠性；考虑表层阻抗，吸声层厚度、损耗因子，及水层厚度的影响，应用数值方法对水中复合材料壳板结构进行了声学设计，分析了各参数对结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

界面声波反射特性在船舶甲板装备噪声测试中的应用分析

针对船舶甲板大型装备噪声测试问题,根据声学原理论述了空气-液体、固体二类界面声波反射特性,当液体或固体横波声阻抗与空气声阻抗之比大于等于2000时,声波通过空气到液体或固体界面时,至少99.8%的声能量被反射。在此基础上,对船舶甲板大型装备噪声在陆地上与在船舶甲板上声场中声压级的差异进行了分析。     

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.     

声诱饵电子舱散射声场对接收信号影响研究

声诱饵是水声对抗中的重要武器,其对抗性能受接收信号质量的影响,而电子舱的散射声场是引起接收信号畸变的因素之一。为此,本文利用有限元软件COMSOL Multiphysics计算诱饵电子舱的散射声场,通过频域间接法获取有/无电子舱时的接收信号,利用相关分析法获取两信号之间的相关系数,进而评估接收信号受电子舱影响的畸变程度。仿真结果表明,接收信号质量和散射声压呈负相关,接收点远离电子舱、置于电子舱圆头正前方以及采用具有吸收特性的材料可以有效地提高接收信号的质量,在工程应用中具有指导意义。     

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。     

实船设备结构振动和水声声强测试分析及噪声源的判别

通过对船上设备和船体的振动、近远场水噪声声压以及主机舱左舷外水声声强分布的测量和对振动与声的相干分析，判断主、辅机激振的耦合对产生声的影响。通过近场声强分布，分析结构和声场耦合、能量交换和有效辐射。提出用声强分布计算频带内噪声辐射声功率占总声功率的比例，结合主、辅机振动谱综合分析方法，实现噪声主要激振源的判断。     

船舶阻抗失配基座对平面弯曲波传递的阻抑特性

研究了船舶阻抗失配基座对平面弯曲波传递的阻抑特性.基于波动理论,根据不均质结构中波型转换、阻抗特性,推导并给出了振动波入射不同连接形式的船舶基座结构的透声系数及隔声量公式,归纳了隔振性能随基座板架厚度比及频率变化规律,讨论了基座连接结构处板架固定方式对隔振性能的影响.在理论分析基础上,构造含阻振质量的阻抗失配基座.数值结果表明阻抗失配基座显著增大了基座的输入机械阻抗,加剧了振动波在船体板架中的波形转换、散射和反射,显著提高了舰船基座结构的隔振效果.     

水下双层圆柱壳全频段声振特性研究

为研究水下双层圆柱壳结构全频段声振特性,基于VA-ONE建立了FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法3种不同的计算模型,进行了不同辐射介质中辐射声功率及外壳振速的计算,并进一步研究了内外壳及肋板厚度、约束条件、激励位置及层间流体对双层圆柱壳声辐射特性的影响;基于FE-BEM混合法研究了圆柱壳结构的声散射特性;研究了肋板在结构振动能量传递中的作用,提出了2种阻尼肋板的减振降噪方案并进行相关仿真分析.结果表明:重流体能够抑制结构的振动,但由于重流体声阻抗较大,结构的辐射声功率变大;结构声散射曲线在某些频率处出现峰值,且峰值频率与结构自身的固有特性有关;阻尼肋板能得到较好的减振降噪效果,工程上建议使用金属聚氨酯阻尼肋板.     

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。     

颗粒浓度对声屏蔽装置吸声性能的影响

吸声一直是声学界研究的热点问题,声屏蔽装置是一种有效的水下噪声吸收装置。针对声屏蔽装置的声散射特性进行了分析,采用吸声颗粒悬浮层作为研究对象,对吸声悬浮层的衰减系数进行探讨,重点讨论了不同浓度的悬浮层对不同频率声波的吸声系数的影响。针对稀浓悬浮层,采用考虑颗粒之间影响和不考虑颗粒之间影响2种方式进行了理论分析与计算,分...