内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

基于联合波叠加法的浅海信道下圆柱壳声辐射研究

针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法,提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论,运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射声场进行快速预报.经数值法和解析解法验证后,从信道下辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海信道下弹性圆柱壳的声辐射特性,阐释了进行浅海信道下结构声辐射研究的必要性.研究结果表明,仅在低频浅海信道下弹性结构可近似等效为点源,信道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,垂直线列阵进行信道下结构辐射声功率测量时,测量结果受到信道环境边界和潜深的影响较大.     

复杂封闭声场面板声学贡献度识别的等效源法

针对由复杂结构振动形成的封闭空间声场,提出了一种基于等效源法的面板声学贡献度分析方法。该方法首先利用基于等效源法的内部声全息技术,重构出振动结构表面的法向振速并实现对整个内部封闭声场的预测。再将振动结构的每个面板在腔体内部场点产生的声压分别用位于空腔表面附近的等效源在该点产生的辐射声压代替,将复杂的封闭非自由声场问题转化为简单的内部自由场问题,结合重建出的结构表面法向振速进而识别出封闭振动结构各面板对腔体内任意位置的声学贡献度。通过对复杂结构内声场的数值仿真和验证实验,分析了等效源的数量及与重建面距离等参数对重建精度的影响,结果表明所提方法不仅能够达到传统数值分析方法的计算精度,而且具有更简单的求解过程。      

利用源强密度声辐射模态重建声场

为了利用声场中少量测点声压数据精确重建复杂结构的辐射声场,提出了源强密度声辐射模态分析理论和声场重建公式.在结构表面定义的空间上,利用以源强密度分布函数为参量的结构辐射声功率泛函表达式定义了一个线性自伴正辐射算子,该算子的特征函数为结构的源强密度声辐射模态.然后通过对矩形平板和带有半球帽的圆柱体的源强密度声辐射模态的分析,证明了源强密度声辐射模态具有空间滤波特性,并利用该性质建立了声场重建公式.球体仿真和平板实验验证了所提出的声场重建方法的可行性和稳健性.基于源强密度声辐射模态的声场重建方法简单,利用较少测点数据就可以获得较高的声场重建精度,特别适合于复杂结构的低频声场重建.     

水下复杂壳体结构在多源激励下的振动及声辐射特性研究

为了综合评估水下复杂壳体结构在多源激励下的振动与声辐射特性,专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。试验结果表明,多源激励下的结构响应和辐射声场可以近似为单源激励下结构响应和辐射声场的非相干叠加。通过对激励源与结构响应、辐射声场之间传递关系的理论分析,讨论了以单源激励响应非相干叠加合成得到多源激励响应的合理性和误差。研究结果对复杂壳体结构在实际激励下的振动与噪声预报具有重要价值。      

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。      

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。     

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。     

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。      

波叠加声场重构精度的影响因素分析

波叠加法是利用等效源的思想来求解声辐射问题的一种数值方法.其原理并没有确切地规定如何配置等效源.正由于这些不确切性的存在,当将它应用到声场重构时,有必要检验重构的准确性,分析影响重构精度的各种因素,目的是通过分析而获得一些提高重构精度的规律.通过理论分析和数值仿真,分析了各因素对重建准确性的影响.证明等效源必须配置在辐射体内部,而且最好能与辐射体表面共形;但测量面并不需要与辐射体表面共形,而且也不需要在近场测量;还发现,Tikhonov和TSVD正则化方法很适合与波叠加法结合用于声场重构.依据这些规律能更好地应用波叠加法进行声场重构,也将拓宽其应用范围. 关键词： 声场重构 波叠加法 误差影响因素 正则化方法     

求解水中加肋板声辐射特性的虚拟声源法*

发展一种利用虚拟声源离散声场的方法求解加肋板在水中的声振耦合问题。由波叠加原理和单元体积速度匹配的原则,根据离散的结构单元满足的动力方程和结构与介质的交界相容性条件,确定虚拟声源强度,计算结构的声辐射功率。本文以简支矩形加肋板为例,在不获得结构表面振速和声压的情况下,计算了结构在水中的声辐射功率,并与解析方法计算的结果进行了比较,表明了该方法具有较好的计算精度。     

运动声源识别的动态波叠加方法研究

为更好地识别运动声源并解决声源识别中的虚假声源问题,基于运动声源短时信号的Doppler频移特性, 建立运动声场的短时波叠加关系, 利用波束形成方法对声源点进行预估, 基于预估建立起多运动声源的动态叠加方程, 进一步通过波叠加方程的求解进行声源的计算, 从而创建一种可以用于运动声源识别的动态波叠加方法. 该方法可以有效识别运动声源, 将波叠加方法扩展到了运动声源测量领域, 并在不增加传声器数量以及改变阵列形式的条件下有效抑制运动声源重建中的旁瓣效应, 解决运动声源识别中的虚假声源问题. 仿真及实际运动声源的测量试验结果证明了该方法的有效性.     

Position optimization of particular solution sources for distributed source boundary point method by volume velocity-matching

Choosing particular solution source and its position have great influence on accuracy of sound field prediction in distributed source boundary point method.An optimization method for determining the position of particular solution sources is proposed to get high accuracy prediction result.In this method,tripole is chosen as the particular solution.The upper limit frequency of calculation is predicted by setting 1%volume velocity relative error limit using vibration velocity of structure surface.Then,the optimal position of particular solution sources,in which the relative error of volume velocity is minimum,is determined within the range of upper limit frequency by searching algorithm using volume velocity matching.The transfer matrix between pressure and surface volume velocity is constructed in the optimal position.After that,the sound radiation of structure is calculated by the matrix.The results of numerical simulation show that the calculation error is significantly reduced by the proposed method.When there are vibration velocity measurement errors,the calculation errors can be controlled within 5% by the method.     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术，并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中，边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现，而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而，基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题，而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较，基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解，在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时，具有令人满意的重建精度. 关键词： 声全息 逆问题 波叠加方法 正则化方法     

The complex equivalent source method for sound propagation over an impedance plane

The sound field caused by a monopole source above an impedance plane can be calculated by using a superposition of equivalent point sources located along a line in the mirror space below the plane. Originally, such an approach for representing the half-space Green's function was described by Sommerfeld at the beginning of the last century, in order to treat half-space problems of heat conduction. However, the representation converges only for masslike impedances and cannot be used for the more important case of reflecting planes with springlike surface impedances. The singular part of the line integral can be transformed into a Hankel function, which shows that surface waves are contained in the whole solution. Unfortunately, this representation suffers from the lack of validity at certain receiver points and from restrictions on wave number and impedance range to ensure the necessary convergence. The main idea of the present method is to use also a superposition of equivalent point sources, but to allow that these sources can be located at complex source points. The corresponding form of the half-space Green's function is suitable for both masslike and springlike surface impedances, and can be used as a cornerstone for a boundary element method.     

基于声源预估的波叠加组合全息声源识别方法

为解决声源识别中旁瓣效应等因素引起的虚假识别结果问题,提出了基于声源位置预估的波叠加组合全息算法。应用波束形成算法进行声源位置的预估,将预估声压峰值点作为假定声源点,通过波叠加原理建立方程组,利用声源强度求解结果构造完整全息平面,通过声全息方法重新计算重建面声压。进行了仿真和实验验证,经该算法重构后,波束形成算法产生的虚假声源处的声压得以明显降低。表明该算法可以抑制旁瓣效应等因素的影响,提高声源识别的准确率。