浸水結(jié)構(gòu)聲輻射與聲透射特性計(jì)算.pdf

1、碩士學(xué)位論文浸水結(jié)構(gòu)聲輻射與聲透射特性計(jì)算SoundRadiationandTransmissionCharacteristicsCalculationofSubmergedStructures學(xué)21308027大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要水下結(jié)構(gòu)聲輻射問題一直都是船舶設(shè)計(jì)人員關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。目前用于水下結(jié)構(gòu)聲輻射噪聲預(yù)報(bào)的方法主要有解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法等。解析法適用

2、于簡單的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)驗(yàn)的方法成本較大，而數(shù)值法因其靈活性和高效性得到了最廣泛的應(yīng)用。水下結(jié)構(gòu)聲輻射是一個(gè)典型的流固耦合問題，需要分別對(duì)結(jié)構(gòu)和流體進(jìn)行建模，目前結(jié)構(gòu)主要使用有限元法(FEM)，流體主要使用有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)等。FEM／FEM比較適合用來求解有限流體域內(nèi)的聲振特性，F(xiàn)EM／BEM對(duì)于計(jì)算無限大或半無限大流體域很有優(yōu)勢(shì)。本文基于FEM／BEM對(duì)無界流場中浸水結(jié)構(gòu)的聲輻射特性進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：首先以板

3、殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，推導(dǎo)了基于Mindlin板模型的有限元方程，編寫了四邊形四結(jié)點(diǎn)等參單元的動(dòng)力有限元程序，采用子空間迭代法來計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，通過懸臂板和自由板的模態(tài)計(jì)算驗(yàn)證了程序的正確性。然后推導(dǎo)了三維聲波波動(dòng)方程，從穩(wěn)態(tài)聲場的Helmholtz微分方程出發(fā)，利用權(quán)函數(shù)法推導(dǎo)了邊界積分方程。采用四邊形四結(jié)點(diǎn)等參單元對(duì)邊界進(jìn)行離散，采用坐標(biāo)變換法消除積分奇異性，采用CHIEF法解決特征頻率處非唯一性問題，最終推得了聲學(xué)邊界元法的

4、系統(tǒng)方程。根據(jù)理論編寫了直接邊界元法計(jì)算聲輻射的程序，計(jì)算脈動(dòng)球源的聲輻射特性，結(jié)果與解析解相吻合。其次根據(jù)在流固耦合交界面上的連續(xù)條件，基于結(jié)構(gòu)有限元方程和流體邊界元方程建立了流固耦合方程。求解結(jié)構(gòu)在流體中的振動(dòng)特性時(shí)可將聲壓變量消去，流體對(duì)結(jié)構(gòu)的作用簡化為附加質(zhì)量形式；求解結(jié)構(gòu)聲輻射特性時(shí)將位移變量消去，以聲壓為未知變量，通過求解耦合方程，便能得到流體域內(nèi)任一點(diǎn)的聲壓。根據(jù)以上理論本文編寫了結(jié)構(gòu)有限元法耦合流體邊界元法的浸水結(jié)構(gòu)聲輻

5、射程序，以無界流場中內(nèi)部受簡諧聲壓作用的球殼為例進(jìn)行計(jì)算，與解析解取得了很好的一致。最后本文還研究了封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部有聲源作用時(shí)殼體的聲透射特性。對(duì)球殼內(nèi)外域分別應(yīng)用Helmholtz積分方程，然后根據(jù)在球殼表面法向速度連續(xù)條件建立以聲壓為未知變量的耦合方程，解得結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的聲壓即得到結(jié)構(gòu)的聲透射特性。根據(jù)理論編寫了計(jì)算聲透射的程序，計(jì)算了無界流場中內(nèi)部有點(diǎn)聲源激勵(lì)的球殼的聲透射特性，通過與解析解對(duì)比驗(yàn)證了程序的正確性。關(guān)鍵詞：流固耦合；