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相似文献
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1.
为研究3个并排无限长弹性圆柱壳受垂直于柱轴方向的平面声波作用的声散射特性,采用Fourier级数展开法建立了圆柱壳声散射数学物理模型,考虑了三圆柱壳弹性振动声辐射和刚性声散射,建立了3个壳体辐射声场和刚性散射声场的耦合作用关系,比对了等效散射强度的刚性散射分量与弹性散射分量,并分析了三壳体等效散射强度特性。计算结果表明:当ka2>40,在频率f=3000 Hz以上频段,弹性分量对等效散射强度变化趋势的贡献可以忽略。当ka2>30,在频率f=2400 Hz以上频段,弹性散射分量对等效散射强度影响不超过3 dB;三壳与单壳的等效散射强度在0°入射角方位相当,其它方位三壳体等效散射强度明显大于单壳体。本文的理论公式可推广到任意数量阻抗柱的声透射和声反射问题。   相似文献   

2.
商德江  钱治文  何元安  肖妍 《物理学报》2018,67(8):84301-084301
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.  相似文献   

3.
从三个方面综述水中弹性结构声散射和声辐射的机理,特别强调声-振耦合或流体负荷作用。首先从阻抗的角度讨论声-振耦合作用。对于典型问题散射和辐射声场可以用阻抗的形式表示,系统的总阻抗等于机械阻抗和辐射声阻抗之和。表面振速只依赖于总阻抗,而声辐射依赖于辐射声阻抗与总阻抗之比。总阻抗等于零给出系统的特征方程,方程的根就是声场函数的极点。其次应用共振散射和辐射理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种共振再辐射模态的叠加,从振动的角度揭示声-振耦合机理。已经证明,模态的再辐射效率近似正比于复频率极点的虚部。第三,应用基于Sommerfeld-Watson变换的表面弹性波理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种表面弹性波-环绕波的再辐射的叠加,从波动的角度揭示声-振耦合机理。也可以证明,环绕波的再辐射效率近似正比于复波数极点的虚部。  相似文献   

4.
钱治文  商德江  孙启航  何元安  翟京生 《物理学报》2019,68(2):24301-024301
利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.  相似文献   

5.
部分浸没圆柱壳声固耦合计算的半解析法研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
郭文杰  李天匀  朱翔  屈凯旸 《物理学报》2018,67(8):84302-084302
部分浸没圆柱壳-流场耦合系统的声振分析是一种典型的半空间域内声固耦合问题,其振动及声学计算目前主要依赖于数值方法求解,但无论从检验数值法还是从机理上揭示其声固耦合特性,解析或半解析方法的发展都是不可或缺的.本文提出了一种半解析方法,先将声场坐标系建立在自由液面上,采用正弦三角级数来满足自由液面上的声压释放边界条件;接着基于二维Flügge薄壳理论建立了以圆柱圆心为坐标原点的壳-液耦合系统的控制方程;然后再利用Galerkin法处理声固耦合界面的速度连续条件,推导得到声压幅值与壳体位移幅值之间的关系矩阵并求解该耦合系统的振动和水下声辐射.与有限元软件Comsol进行了耦合系统自由、受迫振动和水下辐射噪声计算结的对比分析,表明本文方法准确可靠.本文的研究为解析求解弹性结构与声场部分耦合的声振问题提供了新的思路.  相似文献   

6.
杨德森  张睿  时胜国 《物理学报》2018,67(24):244301-244301
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.  相似文献   

7.
声场匹配波叠加法的水下结构声辐射预报   总被引:5,自引:0,他引:5       下载免费PDF全文
提出了一种适用于典型结构声辐射预报的声场匹配波叠加方法。该方法利用少量的参考点声压,通过声场匹配搜索等效源分布,得到最小二乘意义下的最优等效源位置。并研究了表面振动测点位置、数目及振动分布的离散性对声场预报精度的影响。最后在半空间消声水池中,对两端带帽圆柱壳的声辐射预报进行了试验验证。结果表明:等效源最佳位置一经确定,即可利用结构的表面振速,对不同激励下的该结构进行声辐射预报。该方法在较宽频段内对不同的振动分布有较好的适应性。   相似文献   

8.
双层周期加肋有限长圆柱壳声散射精细特征研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
潘安  范军  王斌  陈志刚  郑国垠 《物理学报》2014,63(21):214301-214301
研究了双层周期性加肋有限长圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述,环肋振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述,忽略弦间流体对环肋轴向力的作用. 数值计算给出远场收发合置情况下的周向目标强度和角度-频率谱图,并据此进行机理分析. 计算结果表明远场散射声场中除壳体弹性贡献外,弦间流体以及环肋与内外壳的相互作用对散射声场的贡献也是很重要的,并且在角度-频率谱中出现了舷间流体引起的流体附加波以及周期环肋引起的Bragg散射等回波精细特征,其中流体附加波是双层加肋圆柱壳声散射最重要的散射精细特征,是以往单层圆柱壳声散射所不具有的现象. 最后通过实验对理论推导进行了验证,实验与理论基本符合. 关键词: 声散射 圆柱壳 环肋 流体附加波  相似文献   

9.
潘安  范军  卓琳凯 《物理学报》2012,61(21):282-292
研究内部真空周期性加隔板圆柱壳在水中的声散射特性.壳体振动用薄壳理论的Donnell方程描述,隔板振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述.考虑轴向、切向、径向三个方向的力和弯矩共同作用导出了散射声场的解析表达式.数值计算给出远场收发合置情况下的角度-频率谱图,并据此进行机理分析.通过与内部周期性加环肋圆柱壳声散射的角度-频率谱图比较发现,除周期加肋产生的Bragg散射波与弯曲Bloch-Floquet波外,加隔板的情况还存在明显的隔板共振亮线,并且发生隔板共振与壳体弹性波、Bragg散射波、弯曲Bloch-Floquet波耦合的现象.通过实验对理论进行了验证,在实验的频率范围内,Bragg散射亮线与理论符合得很好,部分Bloch-Floquet波散射亮线和隔板共振散射亮线也与理论符合.  相似文献   

10.
刘进  沈琪  俞孟萨 《声学学报》2020,45(6):840-848
利用结构有限元结合声有限元及边界元方法,建立了任意薄壳腔体弹性壳板振动与内外声场的耦合模型,并计算了激励力与壳板振动和内部声场之间的传递矩阵;湍流边界层脉动压力具有时空随机面激励特性,引入整体形状函数矩阵,进一步推导弹性壳板广义节点力功率谱密度函数矩阵与随机面分布激励力功率谱密度函数的关系,再利用声振耦合传递矩阵,得到弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数与广义节点力功率谱密度函数矩阵的关系,形成随机分布激励下任意薄壳腔体结构振动及内部声场的计算方法。以典型的内外均有声介质且一面为弹性矩形板的矩形腔声振耦合模型为例,计算了弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数,并与解析方法进行了比较,两者基本吻合,偏差分别为1 dB和2 dB左右。传递矩阵法不受腔体结构及其内部区域形状的制约,具有良好的适用性。   相似文献   

11.
In practical situations, large machinery is usually placed in an underwater vessel and changes the acoustic enclosure shape into an irregular one. The existence of machinery causes the difficulties in expressing sound transmission and radiation analytically. In this study, the sound radiation of a cylindrical shell excited by an internal acoustic source is modeled and analyzed. The cylindrical shell contains a machine modeled as a rectangular object, which is attached to a shell with a spring-mass system. The acoustic field of the cavity is computed by the integro-modal approach. The effect of object size on the coupling between acoustic mode and structural mode is investigated. The relationship between object volume and sound radiation is also studied. Numerical results show that the existence of objects inside vessels leads to a more effective coupling between the structure and acoustic enclosure than the existence of no objects in a regular-shaped cavity(i.e. empty vessel).  相似文献   

12.
An analytical model of acoustic radiation from shear deformable laminated cylindrical shells with initial axial loadings and doubly periodic rings is presented. The shear deformation and rotary inertia of the rings are taken into account and the rings interact with the cylindrical shell only through the normal forces. The far-field sound pressure is found by using the Fourier wavenumber transform and stationary phase method. High frequency limitation issues of the first-order shear deformation theory are discussed and the effects of the second set of rings, axial initial loadings and multiple external loadings on the far-field acoustic radiation are explored. Further, the helical wave spectra of the radial displacement and sound pressure are used to study the vibrational and acoustic characteristics of the laminated shells. Above the ring frequency, the profile of the helical wave spectra of the far-field sound pressure induced by the cylindrical shell is an ellipse and the patterns of the helical wave spectra of the far-field sound pressure keep unchanged. Moreover, the ellipse distinguishes the supersonic wavenumbers and subsonic wavenumbers from the helical wave spectra of the radial displacement and surface sound pressure in the wavenumber domain. The bright spots and highlights of the helical wave spectra show that the corresponding waves are dominant.  相似文献   

13.
A novel active control method of sound radiation from a cylindrical shell under axial excitations is proposed and theoretically analyzed. This control method is based on a pair of piezoelectric stack force actuators which are installed on the shell and parallel to the axial direction. The actuators are driven in phase and generate the same forces to control the vibration and the sound radiation of the cylindrical shell. The model considered is a fluid-loaded finite stiffened cylindrical shell with rigid end-caps and only low-frequency axial vibration modes are involved. Numerical simulations are performed to explore the required control forces and the optimal mounting positions of actuators under different cost functions. The results show that the proposed force actuators can reduce the radiated sound pressure of low-frequency axial modes in all directions.  相似文献   

14.
理论研究了两个同心圆柱壳体间通过周期环饭和附连流体的耦合效应。在环板内只有准纵波存在的假定下,给出环板的反作用力的表达式,并建立外壳体的声辐射解析表达式。无限长双层壳体的数值分析结果和舱段模型的实验结果一致。通过数值结果同时分析了声学流体和周期环板的载荷特征,以及它们对外壳体远场声辐射的影响。   相似文献   

15.
环筋对水下平底圆柱壳的声振特性影响   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
本文建立了计算两端带平底板的有限长圆柱壳水中声辐射的FEM/BEM三维模型,探索了加筋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳的辐射功率、辐射效率、法向声强、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加筋平底圆柱壳建模、模态分析基础上,将有关数据(网格、模态)导入边界元软件SYSNOISE中计算流体结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明:(1)随着环筋高度、宽度增大,激励点声压峰和法向声强峰在0-400Hz频率范围内数目减少且峰向高频方向移动,同时辐射声功率在减小(除个别模态峰值外),而辐射效率随筋高增大而增大。(2)环筋数目的增加使激励点辐射声压和法向声强峰数目明显减少,使辐射声功率明显低于无筋圆柱壳的辐射声功率,辐射效率随环筋数目增大而增大。(3)环筋宽度变化对声场指向性影响不大;圆柱壳声场指向性随环筋高度和数目增加出现较大变化,尤其是在研究的频段内的f=51Hz和f=301Hz上。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。  相似文献   

16.
A method is presented for calculating the far field sound radiation from a shallow spherical shell in an acoustic medium. The shell has a concentrated ring mass boundary condition at its perimeter representing a loudspeaker voice coil and is excited by a concentrated ring force exerted by the end of the voice coil. A Green's function is developed for a shallow spherical shell, which is based upon Reissner's solution to the shell wave equation [Q. Appl. Math. 13, 279-290 (1955)]. The shell is then coupled to the surrounding acoustic medium using an eigenfunction expansion, with unknown coefficients, for its deflection. The resulting surface pressure distribution is solved using the King integral together with the free space Green's function in cylindrical coordinates. In order to eliminate the need for numerical integration, the radiation (coupling) integrals are solved analytically to yield fast converging expansions. Hence, a set of simultaneous equations is obtained which is solved for the coefficients of the eigenfunction expansion. These coefficients are finally used in formulas for the far field sound radiation.  相似文献   

17.
Although infinite cylinders are not astrophysical entities, it is possible to learn a great deal about the basic qualitative features of generation of gravitational waves and the behavior of the matter conforming such shells in the limits of very small radius. We study an analytical model of a relativistic cylindrical shell of counter-rotating particles using kinetic theory for the matter and the junction conditions through the shell to obtain its equation of motion. The nature of the static solutions are analyzed, both for a single shell as well as for two coaxial shells. In the latter case, we integrate numerically the time dependent equation of motion of the external shell, when we neglect the wave components of the gravitational field at the shells locations. We obtain solutions that correspond to shells that perform damped oscillations, collapse, or are locally expanding. The collapse ends (numerically) when the external shell hits the interior shell. The numerically work also shows that the radiation becomes important after the bounce of the external shell.  相似文献   

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