部分浸沒彈性結(jié)構(gòu)的聲振特性研究.pdf

1、對于大部分水面船舶和海洋結(jié)構(gòu)物，都是部分浸沒在水中，可以認(rèn)為是部分浸沒的彈性結(jié)構(gòu)。當(dāng)分析這種部分浸沒結(jié)構(gòu)的聲振特性時(shí)，有必要考慮自由液面對其振動(dòng)和聲學(xué)特性的影響，然而以往的討論則主要關(guān)注無限大水域中結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和聲學(xué)特性，不考慮自由液面的影響。隨著水面船舶的振動(dòng)和噪聲性能的日益受重視，開展部分浸沒彈性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和聲學(xué)特性研究對于預(yù)報(bào)和控制此類結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲性能就顯得非常有意義。
　　本文首先以水平浸沒在水下一定深度的平板為對象，采

2、用薄板理論建立了四周簡支平板的動(dòng)力學(xué)方程，使用模態(tài)疊加法給出振動(dòng)位移解，利用Helmholtz--Huygens輻射積分描述薄板的水下輻射聲場。由于自由液面的存在水面形成了反對稱邊界，因此采用“鏡像法”構(gòu)造了半空間的格林函數(shù)，結(jié)合聲固耦合面的速度邊界條件推導(dǎo)出了近水面水平簡支平板的輻射聲功率的解析表達(dá)式。求解了近水面水平浸沒平板的輻射聲功率，并與基于有限元和邊界元的數(shù)值法進(jìn)行了對比，表明兩種方法吻合較好，互證其可靠性，然后討論了平板相距

3、自由液面不同的高度對其輻射聲場的影響。
　　對于部分垂直浸沒在水中的平板結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)造反對稱邊界條件來考慮“自由液面”的影響，采用有限元法結(jié)合間接邊界元法研究其振動(dòng)和聲輻射特性。首先計(jì)算了懸臂平板在不同浸沒深度下的固有頻率和模態(tài)振型，并與已有文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證該數(shù)值方法的正確性，然后對半浸沒懸臂板的聲輻射特性展開計(jì)算，進(jìn)一步討論了載荷位置以及浸沒深度對平板的振動(dòng)和聲輻射性能的影響。研究表明：水中平板的固有頻率隨著浸沒深度

4、的增加而減小，載荷位置對平板的輻射聲功率級有影響而且和頻率有關(guān)，平板輻射聲功率隨著浸沒深度的增加而增大，低頻段的輻射聲功率曲線的峰值隨著深度增大有向低頻移動(dòng)的趨勢。
　　水面船舶可以認(rèn)為是部分浸沒在水中的板殼組合結(jié)構(gòu)，機(jī)械振動(dòng)引起的水下輻射噪聲是船舶低頻段主要的噪聲源。本文針對水面船舶的艙段結(jié)構(gòu)，采用有限元結(jié)合邊界元法，考慮自由液面的影響，計(jì)算了艙內(nèi)不同設(shè)備開啟時(shí)的輻射噪聲，通過單機(jī)和多機(jī)開啟工況的分析，獲得了主要聲源設(shè)備在單機(jī)開