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。     

基于粒子群遗传搜索算法的水下结构内部激励力源识别（英文）

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。     

圆柱壳结构模型水下辐射声功率测量方法研究

利用柱形封闭包络面测量圆柱壳结构模型的辐射声功率,不同包络面测量得到的辐射声功率的最大偏差约为2dB左右.分析了测点数量与测量结果的关系,如果声场测点选取可表征整个声场分布,其测量精度在接受的范围内,且提高了数据处理效率.模型受激振动产生的水下辐射声场分布比较均匀,可选取较少测点进行测量.     

声激励简单导管的声辐射特性研究

采用NASTRAN无限元技术,对简单导管受声激励的声辐射特性进行了研究,建立了导管声波模态和辐射声能量之间的直接联系,并考虑了导管半径、长度、长径比三种因素对管内声波模态、管外辐射声功率和远场声指向性的影响。研究结果表明:影响导管声波模态和辐射声功率的参数主要有两个,一是无因次波数,二是导管长径比;导管的长径比越小,总辐射声能量变小,但侧方屏蔽效应也变差,因此需综合考虑长径比变化对总辐射声能量和声指向性的影响;和导管的侧方屏蔽效应主要作用于中高频,低频时导管外的声场与入射声场基本相同。     

水下圆柱舱段模型耦合噪声源识别及空间声场定位研究

为有效实现水下圆柱舱段模型耦合振动噪声源识别及空间声场定位,本文首先给出离散化柱面近场声全息(NAH)的频域计算方法,重建任意声场空间的声压或振速,并剖析该方法存在无法实现单个振源的声场重建等不足;然后,提出基于系统辨识(SI)思想的工况传递路径分析(OTPA)方法(即SIOTPA法)解决振源间的交叉耦合问题,并实现耦合振动噪声源及其传递路径识别;随后,将柱面NAH方法与SIOTPA法进行有效的集成和融合,形成一种适用于耦合声源识别、声场可视化定位和预报的SIOTPA-NAH方法;最后,以水下圆柱舱段模型振动-声辐射数值仿真分析和消声水池试验为基础,验证了给出的SIOTPA-NAH方法能够有效地实现水下圆柱舱段模型内部耦合振动源识别、振源贡献量排序及声场可视化定位,并能准确实现单个振源的空间声场预报.     

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。     

基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究

以无限长圆柱壳体为研究对象,基于声学无限元法利用数值计算方法对其结构外声场进行分析,对加筋圆柱壳的振动和远场水下噪声特性进行研究,讨论外壳厚度、内壳厚度、托板厚度、型材尺寸等结构参数对壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响。结果表明:改变外壳厚度参数对其表面振动均方加速度级及远场辐射声压级影响最大。     

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。     

欠定盲分离方法预报水下双层圆柱壳辐射声场

水下双层加筋圆柱壳振动和辐射声场的预估对其噪声控制具有重要意义.以此为出发点,基于双层加筋圆柱壳干模态叠加原理,运用欠定盲分离方法,实现了有限数目测点预报结构振动和辐射声场的目的,并用数值方法对预报结果的有效性进行了验证.结果表明,欠定盲分离方法可以对水下双层加筋圆柱壳辐射声场进行预报,并且该预报方法对测点的位置、选取的模态阶数没有严格的要求,所需要的测点数目也较少,有很好的适用性.     

单/双层水下结构振动声辐射研究

为研究单壳体和双壳体两种典型潜艇结构的振动声辐射特性,本文建立单/双层桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分别计算螺旋桨激励、外部流体激励以及机械激励3种激励源下水下结构的辐射声功率声源级曲线。结果表明:螺旋桨激励下,单层水下结构声辐射略低于双层结构;外部流体和内部机械设备激励下,单层水下结构声辐射明显高于双层结构。     

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于Flügge壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式.对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响.     

基于声全息法的水下复杂圆柱壳体远场辐射声场计算及试验验证

针对水下圆柱壳体结构,采用声全息技术建立了由近场声预报远场辐射噪声的方法.在波数域内对近场声与远场辐射噪声的关系展开分析,建立了结合近场声信息提高远场辐射噪声特征分析及评估精度的工程实用化方法.通过加肋圆柱壳的算例验证了方法的正确性,为方法的实际应用提供理论指导.结合模型试验的结果对方法进行了进一步的对比验证.     

不同模型及不同载荷形式对单层圆柱壳声振特性的影响分析

螺旋桨轴系激励作用下水下航行器的尾部结构会产生低频辐射噪声,针对尾部结构的声振特性开展研究很有必要。本文以水下加肋圆柱壳为对象,采用有限元耦合声学边界元计算了加肋圆柱壳的辐射声功率,针对尾部噪声分析的3种模型:整体三维模型,尾部三维模型+首部梁模型的混合模型,尾部截断模型,分析讨论3种不同模型处理方法对声辐射特性的影响。结果表明采用尾部截断模型计算辐射声功率时在低频段与整体三维模型的误差较大,混合模型在趋势上与整体三维模型吻合较好。对比尾端部不同方向激励力对环肋圆柱壳声辐射特性的影响,结果表明横向和垂向激励对环肋圆柱壳的辐射声功率没有影响,但是对远场声压指向性有较大影响。     

非消声水池声强法声功率测试的数值模拟

针对非消声水池中采用声强法获取低频辐射声功率研究较少的情况,提出对声强法声功率测试过程进行数值模拟,以获得必要的测试参数。建立水中大尺度圆柱壳结构的有限元模型以及水池的边界元模型,将圆柱壳的响应作为边界元模型的速度边界条件,计算水池中测试阵面的声强。通过叠加获得圆柱壳的辐射声功率,然后依次调整测试参数(面元大小、阵面高度、自由面和底部包络面、池壁吸声),并将各种计算结果与自由场中圆柱壳的辐射声功率进行比较,最终获得适合工程应用的测试参数设置。     

多源激励水下复杂壳体结构振动与辐射声场试验研究

设计了一个接近实际情况的多舱段复杂壳体模型,安装小型机械设备,分别进行了单台设备激励与多台设备同时激励的水下复杂壳体振动与声辐射试验;试验结果表明,多源激励下水中复杂壳体的结构响应、辐射声场近似为单源激励下结构响应、辐射声场的非相干叠加.然后从结构声辐射理论上推导了激励源与结构响应、辐射声场之间的传递关系,并以两个源激励为例分析了非相干叠加引起的误差,从而解释了多源激励下结构响应、辐射声场近似为单源激励下结构响应、辐射声场非相干叠加的合理性.这些研究表明,非相干叠加方法可推广应用于水下复杂壳体在多源激励情况下的振动与声场计算,对指导工程设计具有重要价值.     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

喷水推进器水下辐射噪声边界元计算方法北大核心CSCD

[目的]为减少边界条件设置的不确定性对喷水推进器水下辐射噪声计算的影响,[方法]以某喷水推进器为研究对象,提出基于边界元法一步计算来预报喷水推进器的水下辐射噪声。首先,基于计算流体力学的分离涡模拟(DES)方法计算喷水推进器的瞬态流场,并以声类比积分方程为基础,采用Virtual Lab声学计算软件将喷水推进器过流壁面的非定常脉动压力映射和傅里叶变换(FFT)转化为对应的频域噪声源。然后,以喷泵固体壁面的流体脉动声源为辐射源,采用边界元一步计算方法预报声波经流道向船底水下辐射的远场噪声。[结果]结果发现,采用边界元一步计算方法能更真实反映研究对象的客观属性。[结论]研究表明,该方法可更准确地预报喷水推进器水下辐射噪声。     

喷水推进器水下辐射噪声边界元计算方法

[目的]为减少边界条件设置的不确定性对喷水推进器水下辐射噪声计算的影响,[方法]以某喷水推进器为研究对象,提出基于边界元法一步计算来预报喷水推进器的水下辐射噪声。首先,基于计算流体力学的分离涡模拟(DES)方法计算喷水推进器的瞬态流场,并以声类比积分方程为基础,采用Virtual Lab声学计算软件将喷水推进器过流壁面的非定常脉动压力映射和傅里叶变换(FFT)转化为对应的频域噪声源。然后,以喷泵固体壁面的流体脉动声源为辐射源,采用边界元一步计算方法预报声波经流道向船底水下辐射的远场噪声。[结果]结果发现,采用边界元一步计算方法能更真实反映研究对象的客观属性。[结论]研究表明,该方法可更准确地预报喷水推进器水下辐射噪声。     

气垫船在内压作用下的水下辐射声功率分析

[目的]旨在研究气垫内压对气垫船水下辐射噪声的影响规律。[方法]以某气垫船为研究对象,首先,根据Newton–Raphson迭代法模拟气垫内压下围裙的成形过程;然后,基于声-固耦合有限元法建立气垫船围裙-气垫-周围水域的耦合模型,并采用模态试验对数值模型予以修正;最后,分析围裙所受压力和气垫压陷深度对气垫船水下辐射声功率的影响。[结果]研究表明：水下辐射噪声与气垫内压呈正相关,气垫内压每增加1 000 Pa,其水下辐射的总声功率级增加约0.97 dB;增大气垫船围裙刚度可有效降低气垫船低频段水下辐射声功率,增大气垫压陷深度则会增大较高频段的声功率级峰值,且使峰值位置向低频偏移。[结论]研究揭示了气垫内压对气垫船水下辐射声功率的影响规律,对气垫船水下辐射噪声的评估与数值预报具有重要指导意义。     

声隐身超材料发展综述

随着声呐技术逐步实现低频探测等特点,声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料,可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性,探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比,声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声,牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。