有限弹性圆柱壳水下声辐射快速预报方法研究

论文摘要

弹性圆柱壳体是水下航行器的典型结构,其水下辐射声场的快速预报有着重要的工程意义。本文以边界元法为基础,联合使用Fortran和Visual C++自行开发了水下弹性结构辐射声场边界元计算系统软件。并以此为基础开展了水下弹性圆柱壳体结构辐射声场的快速预报的方法研究。为实现水下弹性结构辐射声场的快速预报,本文采用了矩阵预存和频率插值两项关键技术。仿真结果表明,这两项技术的使用大大提高了声场预报的速度。考虑到工程实际应用问题,本文提出了基于表面法向振速幅值和基于表面法向振速均方值预报辐射声场的两种近似方法。辐射声功率是水下结构的一个重要声学性能指标。为研究辐射声功率快速预报方法,本文进行了多种模型多种工况下的辐射声功率快速预报仿真实验研究。结果表明,在分析频段内,声功率频率响应曲线的快速预报结果和理论结果吻合的较好,而预报时间却大大减少。本文分析了弹性结构水下振动的特点,通过与脉动球源和摆动球源水下声辐射的类比,很好的解释了声功率快速预报曲线和理论曲线的差别,又提出了声功率快速预报曲线的分频段修正方法。仿真结果表明,该修正方法的使用使弹性结构辐射声功率快速预报的精度又有所提高,但如何确定最佳的修正系数需要进一步的研究。本文的研究结果对水下复杂结构辐射声场的快速预报有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 主要研究方法概述
• 1.4 本文的研究方法
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 边界元法基本理论及其算法软件验证
• 2.1 引言
• 2.2 Helmholtz积分方程
• 2.3 Helmholtz积分方程的离散化
• 2.4 单元积分的数值计算方法
• 2.4.1 高斯积分
• 2.4.2 奇异积分
• 2.5 边界元法中的矩阵求逆
• 2.6 边界元算法软件验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 辐射声场快速预报方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 矩阵预存
• 3.3 频率插值
• 3.3.1 系数矩阵插值算法
• 3.3.2 传递矩阵插值算法
• 3.4 基于表面法向振速幅值的声场预报
• 3.4.1 表面声压的预报
• 3.4.2 辐射场声压指向性的预报
• 3.4.3 辐射声功率的预报
• 3.5 基于表面法向振速均方值的声场预报
• 3.5.1 表面声压的预报
• 3.5.2 辐射场声压指向性的预报
• 3.5.3 辐射声功率的预报
• 3.6 本章小结
• 第4章 辐射声功率快速预报多模型仿真
• 4.1 引言
• 4.2 单层加肋圆柱壳大模型不同位置激励仿真实验
• 4.2.1 模型
• 4.2.2 仿真实验及结果分析
• 4.3 单层加肋圆柱壳小模型不同位置激励仿真实验
• 4.3.1 模型
• 4.3.2 仿真实验及结果分析
• 4.4 两个单层加肋圆柱壳相互对接模型不同位置激励仿真实验
• 4.4.1 模型
• 4.4.2 仿真实验及结果分析
• 4.5 单层加肋圆柱壳小模型多源激励仿真实验
• 4.6 两个单层加肋圆柱壳相互对接模型多源激励仿真实验
• 4.7 本章小结
• 第5章 辐射声功率预报的类比研究及分频段修正
• 5.1 引言
• 5.2 水下结构振动的特点分析
• 5.3 极子振动理论
• 5.3.1 脉动球源和摆动球源的声辐射
• 5.3.2 多极子点源阵的声辐射
• 5.4 辐射声功率预报曲线的尝试性解释
• 5.5 分频段修正
• 5.5.1 分频段修正方法
• 5.5.2 单层加肋圆柱壳小模型辐射声功率预报的分频段修正
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢