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。     

水下圆柱壳自由场声辐射特性的获取

  目的  为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。  方法  基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。  结果  研究表明：横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。  结论  研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

基于FEM/BEM法的内部声激励水下圆柱壳声辐射计算

联合有限元法和边界元法对流场中的圆柱壳点声源激励下的声辐射作了数值计算。利用有限元软件ANSYS分析了加筋圆柱壳的模态，然后将模态导入采用边界元软件SYSNOISE，计算了加筋圆柱壳结构在点源激励下的声辐射，预报了圆柱壳的内外场声压，得到了圆柱壳的声辐射功率曲线。     

有限长加筋圆柱壳水下声辐射的精细传递矩阵法

基于传递矩阵法,结合非齐次项的精细积分方法,提出了一种求解加筋圆柱壳动响应的精细传递矩阵方法。该方法基于圆柱壳结构的一阶振动微分方程,得到加筋圆柱壳的场传递矩阵和点传递矩阵,结合非其次项的精细积分方法和增维存储的办法考虑广义声压激励的作用。利用流固耦合交界面处的连续条件,实现声压系数的求解。开展了模态收敛性分析,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证方法的有效性。同时分析了边界条件及环肋数目等对声辐射的影响。     

潜深对水下圆柱壳振动声辐射特性的影响

以水下圆柱壳为例,分析在有限深水域中水面和水底对振动声辐射特性的影响,以及在无限深水域中考虑静水压力下潜深度对振动声辐射特性影响。研究结果表明,在忽略静水压力影响的有限水域中,自由液面使其固有频率加大、振动声辐射曲线整体向高频移动,而刚体边界使其固有频率减小、振动声辐射曲线整体向低频移动,并且模态的顺序可能会发生改变。在考虑静水压力影响的无限深水域中,随着圆柱壳在水中深度的增加,固有频率随之减小、圆柱壳振动声辐射曲线整体向低频移动、声辐射效率会有所降低。     

水下加筋圆柱壳体的振动与近场声辐射研究

从实验和理论计算两个方面,对敷有隔声去耦材料的水下加筋圆柱壳体振动和声辐射进行讨论分析。实验分为三种工况：双壳全部敷设、双壳60％敷设和双壳不敷设隔声去耦材料,实验结果数据包括模型的振动加速度和辐射声压。理论计算采用有限元结合边界元技术计算模型的低频特性,采用统计能量分析计算模型的中高频特性。通过对实验和计算结果的对比分析,证明隔声去耦材料在200Hz以上能明显减小结构振动和降低辐射噪声。另外,还发现有限元结合边界元的计算结果只在700Hz以下与试验结果吻合较好,这说明传统的FEM＋BEM和统计能量分析在计算复杂结构声振耦合系统时的适用频率范围是不同的,前者适合低频问题,后者适合中高频问题,它们具有互补性。     

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.     

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。     

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。     

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。     

吸声边界条件下无限长圆柱壳声辐射特性研究

基于声学边界元法研究吸声边界条件下无限长圆柱壳的辐射声场特性。根据傅里叶变换和格林函数的性质,将二维空间中柱面波分解为平面波的叠加来求解声波反射项核函数,进而得到吸声边界条件下半空间二维格林函数的表达式。在二维半空间中,分析了具有不同振动形式的无限长圆柱壳在吸声和刚性边界作用下的声压变化规律。研究发现在不同频率、振动、边界情况下,圆柱壳所处水深方向上的声压在边界和圆柱壳之间周期性波动,波长与波峰间距之比约为2,而声压在圆柱壳上方单调衰减;两种边界条件下,圆柱壳所处水平方向的声压波动衰减情况在近场有明显不同,而在远场较为接近并表现出一种发散式波动。     

加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究

根据模型与实艇舱段结构的声学相似关系，将模型测量的激振力、壳体加速度到水中辐射噪声的传递函数换算到实艇，利用这个传递函数可以根据实艇测量的激振力以及振动加速度预报艇体辐射噪声。采用通用程序进行了模型水下声辐射计算，将计算结果与测量结果进行对比，两者在I／3oct频带范围能够符合，但频谱结构差别仍然较大，这表明采用目前已有数值分析手段，可以对加肋圆柱壳舱段结构水下辐射噪声性能进行初步估算，要获得较准确的结果仍然需要进行模型试验。模型结构水下声辐射试验在水库中完成。     

激励力对水下加肋圆柱壳声振特性的影响

利用有限元和边界元方法,研究了激励力对水下加肋圆柱壳振动及声辐射特性的影响。首先分析了加肋圆柱壳受激后的水下声辐射,计算结果与实验值误差小于40%;然后在加肋圆柱壳端面圆心处和侧面母线中点处分别施加轴向、径向和切向的单位激励,讨论了不同位置各个方向的单位激励对水下加肋圆柱壳振动及声辐射的影响.结果表明:在端面圆心处受单位激励时,轴向激励比径向激励产生的振动及声辐射更强,在侧面母线中点处受单位激励时,激起的振动及声辐射,径向最高,切向次之,轴向最低。     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

水下爆炸作用下加筋圆柱壳结构协同优化设计

在系统级优化中,以协调优化目标值和独立优化目标值之间差异最小化为目标函数.采用由多岛遗传算法的构成的二级优化策略,对水下爆炸作用下加筋圆柱壳结构进行了静动态协同优化设计.分析表明优化后结构不仅具有更轻的质量而且使得结构的最大变形值更小,同时仍满足强度和刚度要求.     

水下圆柱壳振动与声辐射低频等效计算方法

为了提高水下大长径比圆柱壳低频振动响应和辐射声功率的计算效率,该文提出了一种用水下梁模型等效计算的方法。该等效模型基于欧拉梁理论,采用附加水质量近似流固耦合作用,通过计算梁的等效杨氏模量系数,使其与圆柱壳的梁式弯曲振动模态对应。计算表明,对大长径比简支圆柱薄壳（L/a＞20）,等效梁杨氏模量系数主要取决于结构长径比,而厚度对其的影响甚小。文中还给出了不同长径比圆柱壳前五阶模态频率的等效杨氏模量系数曲线,利用梁模型并结合此曲线,可准确预报水下圆柱壳低频域辐射声功率和圆柱壳的梁式弯曲振动模态。     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。     

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。     

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.