有限浸没深度无限长圆柱壳辐射声场波动特性-李天匀,江丰,叶文兵,朱翔(73)
通信作者： 李天匀。
74
中
国
舰
船
研
究
第8卷
在实际工程应用中， 圆柱壳结构浸没于自由 液面以下有限深度处时， 其所处的流场是有限域， 这种流场中声压的解析表达式不易直接给出， 本 文将采用镜像原理来处理流场中自由液面的边界 条件。镜像原理是一种比较经典的方法， 被广泛 应用于电磁学、 光学和声学等领域。 Ergin 等［12］利 用镜像原理来处理半无限流体域中的边界问题， 采用边界积分的方法得到了流体与结构之间的相 互作用， 最后得到了壳体振动的特征方程； Hayir 等［13］利用镜像原理处理板结构自由边处的反射作 用， 分析了含有圆孔的板在简谐 SH 波激励下内部 动应力的分布特征； Li 等［14］利用镜像原理处理地 面边界条件， 对单极子声源声场中球形障碍物的 绕射特性进行了分析； Fang 等［15］利用镜像原理处 理半无限板中的边界条件， 对含有圆柱型填充物 中动应力集中系数进行了计算。 本文将通过镜像原理的应用得到具有自由液 面的有限域流场对圆柱壳的声载荷， 最终建立有 限浸没深度下圆柱壳结构—声场耦合振动方程， 研究远场辐射声场中辐射声压随浸没深度的波动 特征。 的板结构中弯曲波散射问题进行了研究， 并对板
流场中圆柱壳结构的声振特性一直是人们重 点关注的问题， Junger 等［1-3］很早就对水下圆柱壳 结构的声辐射进行过研究， 并以专著的形式对相
［4］
关研究展开了全面、 系统的分析， 并给出了圆柱壳 结构远场辐射声压的近似表达式； Burroughs 导 出了流场中具有双周期环肋支撑的无限长圆柱
收稿日期： 2012－ 07－ 19
μ， 密 度 为 ρs ， 壳厚度为 h ， 壳体中面半径为 R 。
远场的观察点取在自由液面以下， 距离为 R 0 ， 与
自由液面
n = -¥
å
¥
¥
-¥
f r ( z φ) = F 0 δ(φ - φ 0 )δ( z) f 0 ( z φ) =
n = -¥
å
¥
-¥
f͂on (k z )exp i(nφ + k z z)d z
中图分类号： U661.44 文献标志码： A
关键词： 自由液面； 圆柱壳； 远场辐射声压； 镜像法； 加法定理
文章编号： 1673－ 3185（ 2013 ）01－ 73－ 07
The Wave Characteristics of the Acoustic Radiation from Cylindrical Shells Within Finite Depth from the Free Surface
Vol.8 No.1 Feb. 2013
有限浸没深度无限长圆柱壳辐射声场波动特性
李天匀， 江 丰， 叶文兵， 朱 翔
华中科技大学 船舶与海洋工程学院， 湖北 武汉 430074
摘 要： 研究水下圆柱壳声辐射问题时常常将流体声介质假设为无限域， 而在实际工程中流体为存在自由液面 的有限域。针对此假设的不足， 基于 Flügge 薄壳振动方程和 Helmholtz 方程， 利用镜像法和汉克尔函数的加法定 理建立自由液面以下有限浸没深度处圆柱壳结构与声场的耦合振动方程， 研究辐射声场中辐射声压随浸没深 度的波动特性。研究表明， 不同频率下远场辐射声压随浸没深度的变化曲线上， 波峰之间的距离为流体声波波 长的 1/2。研究结论可为实际工程应用提供理论基础。
其中，
4 4 4 Ñ 4 = ( R4 ¶ 4 + 2R2 ¶ + ¶ 4) 2 2 ¶z ¶z ¶φ ¶φ
1
理论模型
假设圆柱壳为薄壳， 流体为理想流体。圆柱
壳结构及其横截面如图 1 所示。图中，z ， φ， r表 示壳体的轴向、 周向和径向； u， v， w 表示壳体中 面轴向、 周向和径向位移。设壳体在 φ 0 处受径向 点激励 f r 的作用， 圆柱壳表面的声载荷为 f 0 ， 流 体密度为 ρ f ， 自由液面以上是轻流体， 近似认为 是真空。壳体材料的杨氏模量为 E ， 泊松比为
͂ (k ) 分别 式中，n 为展开系数； U͂ n (k z ) ， V͂ n (k z ) ， W n z
H φ0 φ r x R o θ R0 z fr y
为波数域下的位移幅值；f͂on (k z ) 为波数域下流体
δ() 为 delta 奇异函数； k z 为轴向波数。 声载荷幅值；
并利用三角函数的正交性可得 将式 （2） ~式 （6） 代入式 （1） ， 经过傅里叶变换
0
引
言
壳在点激励作用下远场声辐射的解析表达式； Guo［5-7］较 深 入 地 研 究 了 水 下 圆 柱 壳 结 构 内 部 舱 壁、 甲板等结构及其连接形式对壳体散射声场的 影响。国内许多学者［8-11］也对圆柱壳结构的声辐 射特性展开了深入研究。这些研究主要是分析不 同结构形式圆柱壳结构在流场中的声振特性， 其 中涉及到流场时都是将其作为无限域处理， 没有 考虑声场的反射问题， 数学处理较为容易。
School of Naval Architecture and Ocean Engineering， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China Abstract：While studying the underwater acoustic radiation from cylindrical shells，the fluid is often as⁃ sumed to be infinite. However，the free surface of the fluid always exists in real practices. Aiming at this flaw in the assumption，the structure-acoustical coupling equation of a cylindrical shell submerged in the function，based on the Flügge equation and the Helmholtz equation. The fluctuation characteristics of the tance between the two adjacent peaks in the obtained curve equals half of the acoustic wavelength in the fluid. These findings may provide a theoretical basis for practical engineering applications. Key words： free surface； cylindrical shell； far-field acoustic pressure； image method； addition theorem fluid with finite depth is established by applying the image method and the addition theorem of the Hankel sound pressure at a certain observation point versus the depth are investigated，and it is found that the dis⁃ LI Tianyun， JIANG Feng， YE Wenbing， ZHU Xiang
4 2 2 4 2 2
； λ = kz R ； Ω =
将式 （10） 、 式 （11） 和式 （14） 代入式 （9） 中， 得到
（14）
75
p=
ω ρ s R 2 (1 - μ2 )/E ， 为无因次频率。
经过变换， 外加点激励载荷为 F exp( - inφ 0 ) f͂rn (k z φ) = 0 4π 2 （8）
i P n ( z) = - P n ( z)
T12 ；T 22 = Ω 2 - λ2 (1 + 3K )(1 - μ)/2 - n2 ；T 23 = i(n + Knλ (3 - μ)/2) ；T 31 = T13 ；T 32 = T 23 ；T 33 = 1 + K + K λ + 2Kn λ + Kn - 2Kn - Ω
式中，
2 2 ρ R 2 (1 - μ2 ) ¶ 2 1-μ L11 = R 2 ¶ 2 + ( K + 1) ¶ 2 - s 2 E ¶z ¶φ ¶t 2
（1）
L12 = L 21 = R
1 + μ ¶2 2 ¶z¶φ
3 1 - μ ¶3 L13 = L 31 = R μ ¶ - KR3 ¶ 3 + KR ¶z 2 ¶ z¶ φ2 ¶z
轴的夹角为 q ， 周 向 角 度 为 φ1 ， 圆柱壳的浸没深 度为 H（ H R ） 。
Байду номын сангаас1.1
壳体振动方程
壳体振动采用 Flügge 方程描述［16］ （为简便起
见， 略去了简谐时间项 e - iωt ）
ù éu ù (1 - μ2 ) R 2 é0 ê0 ú [ L] êv ú = ê ú Eh ê ú ëwû ë f r - f 0û
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （40976058） ； 高等学校博士学科点专项科研基金 （20120142110051） E⁃mail： ltyz801@ 江
网络出版时间： 2013-01-16 14:34
作者简介： 李天匀 （1969－）， 男， 教授， 博士生导师。研究方向： 船舶与海洋工程结构力学， 结构振动与噪声控制。 丰 （1988－）， 男， 硕士研究生。研究方向： 船舶与海洋工程结构力学， 结构振动和噪声控制。
舱壁与压载对流场中有限长圆柱壳声辐射影响
舱壁与压载对流场中有限长圆柱壳声辐射影响有限长圆柱壳是船舶、飞机等重要工程结构中的常见部件，其声辐射问题尤为突出。
圆柱壳在航行或飞行过程中，受到来自水或空气的流体动力作用，产生的压力波将引起圆柱壳表面震动，进而导致沿壳体传播的声振动和声辐射。
而壳体的舱壁和压载状态则会直接影响其声辐射特性。
首先，舱壁对有限长圆柱壳的声辐射影响主要体现在其对结构振动模态的限制上。
舱壁对圆柱壳的支撑和限制作用可以减小其振动幅值，降低其发出的噪声。
此外，舱壁的材料和厚度也会对其对声辐射的影响产生一定影响。
例如，在一定频率范围内，适当增加舱壁厚度可以提高其附加阻尼，抑制结构振动，从而降低声辐射。
其次，压载状态也是影响有限长圆柱壳声辐射的重要因素。
圆柱壳所受的流体动力作用和结构的刚度是影响其压力响应和振动响应的主要因素。
当流体动力影响较小时，圆柱壳表现为自由振动状态，其振动响应和声辐射特性主要受到自然频率和阻尼等参数的影响。
当流体动力影响增大时，圆柱壳的振动响应和声辐射特性会发生显著变化。
此时，压载状态对圆柱壳的振动模态、波浪压力响应和声辐射特性等方面都会产生直接影响。
最后，圆柱壳的表面粗糙度和形状也会对其声辐射特性产生影响。
在水中运行的船舶圆柱壳表面形态的复杂性和不规则性，会导致其产生较强的流体动力作用，从而增加结构振动和声辐射。
因此，船舶利用防污涂层等方法提高圆柱壳表面平滑度，可以有效减少其流体动力响应和噪声产生。
总之，舱壁和压载状态是影响有限长圆柱壳声辐射的主要因素之一。
对于船舶、飞机等重要工程结构来说，如何有效控制声辐射问题对于保证航行安全和提高乘客舒适度至关重要。
因此，深入研究舱壁和压载对有限长圆柱壳声辐射的影响规律，开展有效的声学控制和优化设计是提高结构阻尼和降低噪声水平的重要途径。
相关数据分析是对有限长圆柱壳声辐射影响的研究不可或缺的内容，下面我们将列举一些可能涉及的数据和进行分析。
1. 圆柱壳的外径和长度圆柱壳的大小直接影响其固有频率和压力响应特性。
有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究
有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究随着现代科技的发展，声学研究已经成为了人们关注的热点之一。
声学研究的一个重要方向就是声散射问题。
而在声散射问题中，双层弹性圆柱壳体的研究备受关注。
本文将从有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究角度来探讨这一问题。
首先，我们需要了解什么是双层弹性圆柱壳体。
双层弹性圆柱壳体由两层弹性圆柱壳体组成，其中内层圆柱壳体的直径小于外层圆柱壳体的直径。
在声学中，双层弹性圆柱壳体通常被用来研究声波的散射现象。
具体来说，在有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究中，研究对象主要是声波的入射和散射。
双层弹性圆柱壳体的散射问题可以分为两种情况，即一层圆柱壳体为刚性体而另一层为弹性体以及两层圆柱壳体均为弹性体。
这两种情况都可以用传递矩阵法进行求解。
在求解过程中，我们需要利用传递矩阵法来计算反射系数和透射系数。
传递矩阵法首先将圆柱壳体分成多个小段，每个小段都用矩阵来表示声波的传递。
矩阵的元素根据壳体的结构和材料参数来计算。
然后，将每个小段的传递矩阵相乘，最终得到整个圆柱壳体的传递矩阵。
利用传递矩阵可以求得反射系数和透射系数，从而得到声波的散射特性。
此外，在有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究中，我们还可以借助数值模拟方法来求解问题。
数值模拟方法可以利用有限元或边界元方法来模拟声波在圆柱壳体中的传播过程。
这种方法需要根据声波的频率、入射角度等参数来进行计算。
数值模拟方法通过计算可以得到目标圆柱壳体的声场分布和应力分布，从而得到其散射特性。
总之，在有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究中，除了传统的传递矩阵法之外，数值模拟方法也是一种有效的研究方法。
这两种方法可以互相印证和补充，共同推进声散射问题的研究。
在进行有限长双层弹性圆柱壳体声散射研究时，需要涉及一些相关数据，并进行数据分析，以便更好地理解和解决问题。
一、材料参数双层弹性圆柱壳体的弹性模量、泊松比和密度等材料参数对其声散射特性有着重要影响。
电磁力激励水下有限长圆柱壳体振动噪声特征
值 解 吻合较 好 ，但 是 当 值 较大 时 （ 为 波数 ，ａ为 圆柱 壳半径 ） ，声 学指 向性 与数值 计算 结果存 在 明
大 ，可 以忽略 声阻抗 。常用 的壳体 理论有 Ｄｏ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ 壳体 理论 、Ｆ ｌ ｕ ｇ ｇ ｅ壳体 理 论及 Ｌ ｏ ｖ ｅ — Ｔ ｉ ｍｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｋ ｏ壳体 理论 。对 于趋 势性 的评 估 ，Ｄ ｏ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ 壳体理 论是 适用 的 ，大 多数针 对 圆柱 壳声振耦 合 问题 的文 献也都 是 采用 Ｄｏ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ 壳体 理 论Ｌ ５ Ｊ ，因此本 文亦 采用 该理 论 。电机 是长 径 比很短 的壳体 ，对 于有 限 圆柱壳 体 的 声场 计算 ，借 鉴 ｓ ． Ｊ ． 扬 的处理 方法 ， 即有 限长 圆柱壳 体外表 面 是作轴 线 方 向运 动无 关 的平面 振动 ，首 先根 据平 面振 动 获得表 面 的声 压 ，而后 将 声压作 为 负载代 入 平面 振动 公 式 ，即可 得到 考虑 水声 负载 的 平面 振动 ，最 后再 由振 动计算 声辐 射 ，并评 估声 辐射特 征 。
５ ８卷
第 １ 期 （ 总第 ２ ２ １期 ）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ． ５ ８ Ｎｏ ． １ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ．２ ２１ ）
Ｍａ ｒ ． ２ ０ｌ ７
２ ０ １ ７ 年 ３月
水中有限长圆柱壳体辐射声场特性
水中有限长圆柱壳体辐射声场特性水中有限长圆柱壳体是一种常见的结构，用于在水下进行测量、通信、探测等应用中。
对于这样的结构，其辐射声场特性是非常重要的，因为它决定了在水下传输信息的效率和质量。
在本文中，我将探讨水中有限长圆柱壳体辐射声场特性的一些基本概念和特征。
首先需要了解圆柱壳体的结构。
圆柱壳是由两个圆形底面和一个侧壁组成的三维结构体。
该结构在水下工作时会发生共振，产生相应的辐射声场，其声场特性与壳体的几何形状、材料特性以及水下环境相关。
因此，我们需要对这些因素进行分析。
首先，圆柱壳体的几何形状对声场特性的影响非常大。
对于较长的圆柱壳体，它的辐射声场主要由两种模式组成，即周向模式和纵向模式。
周向模式主要是由于圆柱柔性底部和刚性顶部之间的共振引起的，而纵向模式主要是由于圆柱壳体的长度和径向压缩引起的共振。
这些共振模式的频率和振动模式可以通过数学模型来计算和预测。
其次，材料特性也会影响圆柱壳体的辐射声场特性。
不同的材料具有不同的物理特性，包括弹性、密度、泊松比等。
这些特性会直接影响圆柱壳体的机械振动和声学响应。
因此，在设计圆柱壳体时需要考虑材料的选择和优化。
最后，水下环境因素也会影响圆柱壳体的辐射声场特性。
水下环境会影响声波的传播速度、反射和散射等因素，这些因素会直接影响到圆柱壳体的声学响应和辐射声场。
因此，在设计圆柱壳体时需要考虑水下环境的实际情况，包括水的深度、温度、盐度等因素。
综上所述，水中有限长圆柱壳体辐射声场特性是一个复杂的问题，涉及到多个因素与因素之间的相互作用。
在实际应用中，通常需要采用数学模型和计算方法来预测和优化圆柱壳体的辐射声场特性。
随着科学技术的发展和应用需求的提高，相信在未来会有更多的研究和应用成果涌现。
涉及到水中有限长圆柱壳体辐射声场特性的数据主要有以下几个方面：1. 圆柱壳体的几何形状参数，如长度、半径等；2. 材料参数，如密度、泊松比、杨氏模量等；3. 水下环境参数，如水的深度、温度、盐度等；4. 辐射声场特性参数，如声压级、频率响应等。
水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究
水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究徐步青;杨绍普;齐月芹【摘要】研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题.从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式.通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率.为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法.%Sound radiation from a submerged functionally gradient material cylindrical shell excited by har monic point radial force is considered. Based on the vibration equation of finite FGM cylindrical shell, the ex pression of mean radial quadratic velocity and sound radiation efficiency by modal analysis method have been de rived on the condition that it is excited by a radial harmonic point force. Finally, the relationships between mean radial quadratic velocity and frequency, between radiated sound power and frequency, and between radiation ef ficiency and frequency are numerical solved under various gradient index of FGM cylindrical shell.【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】6页(P44-49)【关键词】声辐射;功能梯度材料;圆柱壳;梯度指数;有限长【作者】徐步青;杨绍普;齐月芹【作者单位】石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043;河北省交通安全与控制重点实验室,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄050043;石家庄铁道大学工程力学系,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TU3180 引言功能梯度材料( Functionally Graded Material，简称FGM) 是由一种全新的设计概念而开发的新型功能材料。
无限长圆柱障板上共形曲面开孔声辐...
移 乙 乙 p r,渍,z
=
i籽cU0
2
k
-i棕t
e
∞
着mcosm渍
2仔
m=0
b cos m arcsin
y a
-b
姨2 2
a -y
乙 dy
1
乙∞ Hm -∞
姨 kr r sin kz
22
b -y
1
kr kz Hm ′
kr a
eikz z dkz
(23)
对于无限大平板上圆形活塞，其轴上声压为：
乙 乙 乙 乙 p=2籽cU0 sin
i kR-棕t
e R
∞
-im仔/2
着me
1
m=0 Hm ′ kasinθ
cosmφ
乙 b cos m arcsin
y a
乙-b
姨2 2
a -y
乙
sin kcosθ·姨b2-y2 dy
(15)
上式即为无限长圆柱面上曲面圆孔的远场声压公式。
由（15）式，得到活塞轴 x（即 θ=仔/2，φ=0）上远场声压为：
中图分类号： TB532
文献标识码： A
doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2013.08.016
On sound radiation of the circular piston with conformal surface on an infinite rigid cylinder
圆柱表面的边界条件为：
坠p 坠r
=i棕籽ur
r=a
(4)
将（2）、（3）式代入（4）式，得：
Am
乙kz
乙=
i籽棕U0 amF 乙kz 乙 kr Hm乙 1乙 ′ 乙kr a 乙
多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究
Ｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ ｏ ｐ ｓｔ ｙ ｉ ｄ ｉａ ｈ ｌ ｏ ｎ ａ ｉ ｔｏ ｆｆ ｉｅ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｃ ｌ ｒｃ ｌｓ ｅｌ ｉ ｎ ｓ
ｗｉｈ ｕ ｔ－ ａ ｅ ｓａ ｏ ｓ ｉ ｏ ｉ ｔ ｍ ｌｉ ｌ ｙ ｒ ｃ ｕ ｔｃ ｃ ａｔｎｇ
ｔ ｈｅｌ． ｄｅ ｅ ｐａ ｄｉ ｇ ｍｅｈｏ ｓｕｓ ｄ ｔ ｅ ｈｅ ｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ａ ｉｎ ｐｏ ｒｏ ｈｅ ｍｏ ｅ ，ｎ ｗｈｉｈ ｔ ｅ Ｃ Ｕ ｗｏ ｓ ｌｓＭｏ ｘ ｎ ｎ ｔ ｄ ｉ ｅ ｏ ｇ ｔｔ ｏ ｎ ａ ｉ ｔｏ ｗｅ ｆｔ ｄ ｌｉ ｃ ｈ Ｏ － ｐ ｉ ｆｔ ｅ ｓ ｅ ｌ ｎ ｈ ｏ ｔｎ ａ ｅｒ ｓ ｔ ｋ ｎ ｉ ｔ ｃ ｏ ｔ ｎ ｓ ｗｅ ｌｔ ｅ ｒ ａ ｔｏ ｆｔ ｎ ｃ ｏ ｃ ｌｎｇ ｏ ｈ ｈ ｌｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ｉ ｇ ｌｙ ｓ ｉ ａ ｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｕｎ ，ａ ｄ ａ ｌ ｈ ｅ ｃ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｅ ｈ ｉ ｔｌｓ ｔ ｈ ｕ ｅ ｈｅ１Ｔｈ ｎ ｌ ｔｃ ｌｅ ｐｒ ｓ ｉｎ ｏ ｏ ｎｄ ｒ ｄ ａ ｉｎ ｐ ｗｅ ，ｗｈｉｈ ｉ ｏ ｍｅ ｙ ｍａ ｒｘ ｅ ｕ － ｉｅ ｏ ｔ ｅ ｏ ｔ ｒ ｓ ｌ． ｅ ａ ａ ｙ ｉａ ｘ ｅ ｓｏ ｆｓ ｕ ａ ｉ ｔｏ ｏ ｒ ｃ ｓｆ ｒ ｄ ｂ ｔｉ ｑ ａ ｔｏ ｉ ｂ ａ ｎ ｄ Ｔ ｎ ｕｅ ｃ ｆｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ａ ａ ｔ ｒｏ ｈ ｏ ｔｎ ａ ｅ ｓｔ ｅ ｒｂｂ ｄ ａ ｎｕ ａ ｌｔ ｓ ｉｎ， ｏ ｔ ｉ ｅ ． ｈｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｏ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｐ ｒ ｍｅｅ ｆｔ ｅ ｃ ａ ｉ ｇ ｌ ｙ ｒ ， ｓ ｌ ｈ ｉ ｅ ｎ ｌ ｒｐ ａｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｅ ｈ ｉ ｉ ｓ ｏ ｈ ｏ ｄ ｒ ｄｉｔｏ ｏ ｒｉ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｈ ｎ ｃ ｏ ｃ ｔｌ ｎ ｔ ｅ ｓ ｕｎ ａ ａ ｉ ｎ ｐ ｗｅ ｓ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ．Ｔｈｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｗ ｈ ｔｔ ｏ ｔｎ ｅ ｕ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈｅ ｃ ａｉ ｇ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｈ ｓ ｕ ｒ ｄ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｅ ｕ ｔｏ ｒ ａ ｈｅ ｐ ｔ １ ｄＢ ｎ ｏ ｎ ｔ ｅ ｏ ｎｄ ａ ｉ ｔｏ ｐ ｗｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｅ ｃ ｓ ｕ ｏ ５ ｉ ｓ ｍｅ ￣ｅ ｅ ｃ ｎ ，ｈ ｒｂｂ ｄ ｎｎ ｌ ｒ ｑｕ ｎ ｙ ｂａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｅ ａ ｕ ａ ｐ ａ ｅ ｅ ｕ ｔｉ ｏ ｎ ｈ ｒ ｉｃ ｉ ａ ｄ ｓ ｍｅ ａ ｍｉ ｉｈ ｓ ｔ ｅ ｅ ｆ ｃ ｆｔ ｃ ｕｓｉ ｏ ｔｎ ；ｗｈｅ ｈ ｒ ｌ ｔ ｓｒ ｓ ｌ ｎ ｓ ｕ ｄ ｓ ｏ ｔｃ ｒ ｕｔ ｎ ｏ ｗｈ ｔｄｉ ｎ ｓ ｅ ｈ ｆｅ ｔｏ ｈｅ ａ ｏ ｔｃ ｃ ａ ｉ ｇ ｎ ｔｅ ｅ ａ ｅ ｔ ａ ｅ ｓｏ ｃ ｕ ｔｃ ｃ ａ ｉ ，ｔ ｅ ｓ ｕ ｄ ｒ ｄｉｔｏ ｗｅ ｓｌ ｗｅ ，ａ ｏ ｔ３－５ ｈ ｎ ｔ ａ ｆｓｎ ｌ ａ － ｒ ｗｏ ｌ ｙ ｒ ｆａ ｏ ｓｉ ｏ ｔｎｇ ｈ ｏ ｎ ａ ａ ｉ ｎ ｐｏ ｒｉ ｏ ｒ ｂ ｕ ｄＢ ｔ ａ ｈ ｔｏ ｉ ｇ ｅ ｌｙ ｅ ；ｔ ｅ ｅ ｆｃ ｆａ ｅ ｈｏｃ ｔｌ ｓｉ ｒ ｎ ｐｅ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｒｂ ｄ ａ ｎｕ ａ ｌ ｔ ｓ ｔ ａ ｈ ｏ ｔｎ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｒ ｈ ｆｅ ｔｏ ｎ ｃ ｉ ｉｅ ｓ ｍｏ ｅ ｉ ｄｅ ｎ ｅ ｔｔ ｈ ｉ ｂｅ ｎ ｌ ｒｐ ａ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ｉ ｇ ｌ ｙ ｒ ｈ ｓ ｕ ｄ ｒ ｄｉｔｏ ｏ ｒｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｃ ｕ ｅ ｙ ａ ｃ ｏｃ ｔｌｓ ｉ ｂ ｕ ０ｄ ｏ ｎ ａ ａ ｉ ｎ ｐ ｗｅ ｅ ｕ ｔｏ ａ ｓ ｄ ｂ ｎｅ ｈ ｉ ｉ ｓａ ｏ ｔ１ Ｂ． ｅ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ａ ｏ ｓｉ ｏ ｔｎｇ ｉ ｅ ｎ ｌ ｒｐ ａｅ ；ａ ｅ ｈ ｃ ｔｌ ｓ ｏ ｎ ａ ｉ ｔｏ ｏ ｒ ｄｓ ｃ ｕ ｔｃ ｃ ａ ｉ ；ｒｂｂ ｄ ａ ｎｕ ａ ｌｔ ｓ ｎ ｃ ｏｉ ｉｅ ；ｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ａ ｉｎ ｐ ｗｅ
基于声全息法的水下复杂圆柱壳体远场辐射声场计算及试验验证
01引 言
圆柱壳体结构在水下结构中占据了相当大比例，如潜艇等水下航行器就以圆柱体结构居多。而 隐身性是水下结构的重要性能之一，特别是如潜艇等水下作战平台，其具有战斗力和威慑力的主要 收稿日期：2017-5基金项目：国家“十三五”重点专项：国家质量基础的共性技术研究与应用(NQI) 作者简介：刘文章(1987-)，男，工程师，articleliu@，电话 18352832386；吴文伟(1969-)，男，研究员。
基于声全息法的水下复杂圆柱壳体 远场辐射声场计算及试验验证
刘文章，严 斌，吴文伟
（中国船舶科学研究中心 船舶振动噪声重点实验室，江苏无锡 214082）
摘要：针对水下圆柱壳体结构，采用声全息技术建立了由近场声预报远场辐射噪声的方法。在波数域内对近场声与 远场辐射噪声的关系展开分析，建立了结合近场声信息提高远场辐射噪声特征分析及评估精度的工程实用化方法。 通过加肋圆柱壳的算例验证了方法的正确性，为方法的实际应用提供理论指导。结合模型试验的结果对方法进行了 进一步的对比验证。 关键词：声全息法；圆柱壳体；水下辐射噪声；远场辐射噪声；试验验证 中图分类号：TB532 文献标识码：A
(China Ship Scientific Research Center-Key Laboratory of ship vibration and noise, Wuxi 214082, China) Abstract: For underwater cylindrical shell, the method of near acoustic holography (NAH) is used to predict the far-field radiated noise from the near-field noise. Based on the analysis of the relationship between the near field noise and the far field radiated noise in the wavenumber domain, a practical method for the analysis and evaluation of the far-field radiated noise with the near-field noise is presented. The method is verified by a numerical example of stiffened cylindrical shell, which provides theoretical guidance for practical application of the method. The verification is carried out with the comparison between the results of the model experiment and the ones of the method. Key words: NAH; cylindrical shell; underwater radiated noise; far-field; experiment verification
不同模型及不同载荷形式对单层圆柱壳声振特性的影响分析
不同模型及不同载荷形式对单层圆柱壳声振特性的影响分析邓博文;朱翔;李天匀;黄惜春【摘要】螺旋桨轴系激励作用下水下航行器的尾部结构会产生低频辐射噪声,针对尾部结构的声振特性开展研究很有必要.本文以水下加肋圆柱壳为对象,采用有限元耦合声学边界元计算了加肋圆柱壳的辐射声功率,针对尾部噪声分析的3种模型:整体三维模型,尾部三维模型+首部梁模型的混合模型,尾部截断模型,分析讨论3种不同模型处理方法对声辐射特性的影响.结果表明采用尾部截断模型计算辐射声功率时在低频段与整体三维模型的误差较大,混合模型在趋势上与整体三维模型吻合较好.对比尾端部不同方向激励力对环肋圆柱壳声辐射特性的影响,结果表明横向和垂向激励对环肋圆柱壳的辐射声功率没有影响,但是对远场声压指向性有较大影响.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)012【总页数】5页(P13-17)【关键词】单层圆柱壳;混合模型;激励力;振动和声辐射【作者】邓博文;朱翔;李天匀;黄惜春【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U661.43加筋圆柱壳是潜艇等水下航行器的主要结构形式，研究其在水下的振动与声辐射特性[1-2]具有重大意义。
关于圆柱壳声辐射的预报方法，目前主要有解析法[3]和数值法[4]，其中数值法中利用有限元结合边界元法求解圆柱壳中低频噪声的做法已经比较成熟。
徐张明等[5]对水下振动和辐射噪声的FEM/BEM算法进行研究；魏建辉等[6]提出了一种基于间接边界元法的快速预报复杂双层壳水下振动及声辐射性能的数值计算方法。
关于结构形式对圆柱壳振动与声辐射的影响，张阿漫等[7]用有限元结合边界元法研究了外板厚度、肋骨布置对双层圆柱壳振动与声辐射特性的影响；陈美霞等[8]研究了中、低频范围内壳间连接形式对双层圆柱壳体的声辐射性能的影响。
自由液面对水下圆柱壳声振特性的影响
自由液面对水下圆柱壳声振特性的影响何伟东;缪宇跃;李天匀;朱翔【摘要】采用虚拟质量法计算水下圆柱壳的表面振速,结合半空间声学边界元法计算水下有限长圆柱壳的辐射声压,分析在不同浸没深度下辐射声压的变化.研究发现:浸深这几倍半径后,自由液面对水下圆柱壳振动的影响可以忽略,而自由液面对声压的影响不能忽略;声压在水深方向呈现规律波动和单调衰减现象,而在水平方向存在声压衰减率转折点,其位置与浸深相关,几乎不受频率影响;转折点之后声压逐渐表现出发散式波动,波动剧烈程度与频率和浸深成正比.用声学偶极子的辐射叠加原理解释研究现象的产生机理,结果可为工程应用提供理论参考.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P8-12)【关键词】圆柱壳;声辐射;自由液面;边界元法;虚拟质量法;声振特性【作者】何伟东;缪宇跃;李天匀;朱翔【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋水动力湖北省重点实验室,湖北武汉430074;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋水动力湖北省重点实验室,湖北武汉430074;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋水动力湖北省重点实验室,湖北武汉430074;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U6610 引言在以往的很多关于圆柱壳振动和声辐射特性的研究文献中，均假设流域无限，不考虑边界对声波的反射作用，而自由液面边界的存在会约束辐射声场的分布和声传播方向，对水下圆柱壳的声振特性造成重要影响，值得深入研究。
LIU等[1]采用耦合的有限元和边界元方法以及波数理论研究无限流域中有限长圆柱壳的振动与声辐射特性，通过研究圆柱壳的轴对称和非轴对称响应发现耦合数值算法计算的远场辐射声压与波数理论计算的远场辐射声压之间的差距随着频率增加而减小。