水下有界空間中彈性結構的聲輻射預報方法研究.pdf

1、水下結構的聲輻射預報是水聲領域的一項重要研究內(nèi)容,是減振降噪、定量聲學設計等工作的依據(jù)與理論基礎。實際上,結構所處的環(huán)境往往并非自由空間,這涉及了結構與水的耦合振動、聲的多途傳播以及多次反射聲造成的互散射與結構的耦合等多個問題,使得水下有界空間中結構的聲輻射預報成為需要研究的課題。
　　本文首先從現(xiàn)有的自由場聲輻射預報方法入手,簡單闡述了這些方法的基本原理,并進行了歸類、對比。最后選擇了點源波疊加法作為有界空間中聲輻射預報的主要方

2、法。然而波疊加法(又稱作等效源法)卻并不完善,存在等效源和振動測點的優(yōu)化配置等問題。為此,提出了一種最小二乘意義下的等效源配置方法,該方法通過匹配少量參考點的聲壓幅值,可搜索得到最優(yōu)的等效源位置,從而改善波疊加法的聲輻射預報精度。并在此基礎上,分析了利用該方法預報聲場的相關誤差因素,指出了一些提高精度的等效源和測點位置選取準則,以期波疊加法能更好地運用于聲輻射預報。
　　選擇波疊加法作為有界空間中聲輻射預報主要方法的原因之一是它將

3、結構等效成了一系列的簡單源,簡單源的格林函數(shù)能較方便地根據(jù)反射面的類型和位置作出調(diào)整,而且有望與現(xiàn)有的聲傳播算法結合,實現(xiàn)波導中結構的聲輻射預報。但格林函數(shù)究竟如何調(diào)整卻沒有定論。為此先從存在單個反射面的半空間聲場環(huán)境出發(fā),針對水下結構的聲輻射快速預報問題,提出了采用自由場格林函數(shù)來獲得等效源強度的半自由場波疊加法,并針對水和結構的耦合特性,分析了反射面與結構之間的互散射對聲輻射預報的影響,進而提出了結構表面法向振速的兩種處理方法:波疊

4、加反射聲振速分離法和忽略反射聲對結構法向振速影響的快速法。最后結合有限元法和邊界元法分析了半空間中彈性結構的振動聲輻射。
　　半自由場波疊加法的提出,避開了結構表面三維空間的格林函數(shù)求導問題,使得波疊加法能夠與波導中的聲傳播算法結合。因此提出了波動波疊加法和射線波疊加法,它們分別將波疊加法與聲傳播理論中的簡正波法和射線法結合,用于計算結構在平行平面層波導中的輻射聲場。進而對這兩種方法各自的優(yōu)勢和適用范圍進行了分析,指出波疊加法與傳

5、播理論結合時需要針對需求選擇適宜的傳播算法。然后將半空間中彈性結構分析的有限元模型進一步推廣用于波導中有限彈性結構的耦合振動及聲輻射分析。通過彈性結構的聲輻射預報對有限元法、波動波疊加法和射線波疊加法進行了對比,并分析了這些方法各自的適用條件。并指出只要傳播算法能給出點源的輻射聲場,提出的波疊加法就可以與之結合,實現(xiàn)波導中結構的聲輻射預報,因此可以推廣到其他類型波導的彈性結構聲輻射預報中。
　　最后針對前面進行的數(shù)值分析進行了實體