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《哈尔滨工程大学》 2018年
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浅海波导中弹性结构声辐射预报方法研究

钱治文  
【摘要】:目前,关于水下弹性结构振动特性和声辐射的研究,大都把外部流体环境考虑为自由场和半空间流体,对于具有海面和海底上下边界的浅海波导中弹性结构声辐射预报,目前尚无高效可靠的研究方法。为此,本文通过结合多物理场耦合计算有限元法、波叠加法和浅海波导声传输函数,建立了三维浅海波导中弹性结构声辐射预报理论模型,提出了一种浅海波导中弹性结构声辐射快速预报方法:联合波叠加法,该方法首先根据给定浅海波导中辐射体表面的振动速度信息和浅海波导传输函数来求解结构内部虚拟源强度,然后再求解各虚拟源的叠加声场,以等效替代弹性结构的辐射声场。联合波叠加法的核心在于虚拟源的优化配置,但虚拟源配置和振动数据提取过程涉及诸多因素的影响,各因素对声场计算精度影响显著,很有必要单独分析各因素对结构辐射声场计算精度的影响规律,以提高波叠加法声场计算的准确度。本文以浅海波导中脉动球辐射声场问题为例,编写了浅海波导中结构声辐射计算程序,研究分析了源面几何类型、尺寸,虚拟源数目以及数据误差等因素对浅海波导中结构声辐射波叠加法计算的精度影响,经与解析解对比分析得出:为了在整个距离上达到较高的计算精度,源面与结构面最好共形;源面与结构尺寸缩比在0-0.8之间,且源面与结构表面节点数比值控制在0.5-1范围内;当结构表面振动信息含有误差时,采用Tikhonov正则化以及L曲线后验参数选取法能够极大波叠加法计算的稳定性和准确性。选择最优的波叠加参数进行虚拟源的优化配置以后,本文进行了理想浅海波导中典型弹性圆柱壳结构辐射声场计算。分别从有限元法和解析法两方面验证了该方法的正确性后,从浅海波导中辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海波导中弹性圆柱壳声辐射特性,阐释了进行浅海波导中结构声辐射研究的必要性。研究结果表明,仅在低频浅海波导中弹性结构可近似等效为点源,浅海波导上下边界对声场产生显著的耦合影响,高频段的空间声场指向性分布尤为明显,采用该方法模拟垂直线列阵进行浅海波导中结构辐射声功率测量时,测量结果受到浅海波导环境边界和潜深的影响较大。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U674.70;TJ6

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【参考文献】
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