论文部分内容阅读
结构振动表面的声辐射预测是结构的优化设计和噪声有效控制的重要前提。辨别出辐射源表面哪些区域对传播到远场的声能量贡献较大是一项十分重要的工作,能够为后续的减振降噪指明方向。本文以船舶与海洋工程领域常见的板结构和圆柱壳结构为例,基于波数域滤波的超声声强理论对结构声辐射的倏逝波滤波技术及其应用进行详细的研究,为船舶结构的减振降噪提供了思路,具有实际的研究价值,完成的主要工作如下:基于有限元法的相关理论,对Mindlin板单元进行了有限元分析,推导出了Mindlin单元的应变位移关系、位移函数与应变阵、应力应变关系、质量阵与刚度阵,并以简支板为例计算出了该结构若干阶的固有频率和振型,并与商用软件的计算结果对比验证了程序的正确性。介绍了结构声辐射的边界元方法,对Helmholtz积分方程进行离散能够计算出振动结构表面的声压、法向振速、声强、辐射声功率、声辐射效率、场点声压等,并以简支板为例画出了声压、法向振速和声强的图像并计算出了辐射声功率。详述了波数域计算超声声强的方法并以矩形薄板与圆柱壳为例进行计算,画出了法向声强和超声声强的对比图,显示了由节线分隔开的结构表面振动的各个区域对远场声压的贡献存在着相互抵消,超声声强可以非常清楚地指明板表面的未被抵消的区域,即确定对远场声辐射有贡献的热点区域。将结构声辐射的倏逝波滤波技术与自由场还原技术相结合,突破了自由场远场测量条件的瓶颈,建立了在非自由场环境和近场测量下获取水中目标自由场远场声辐射特性的方法并给出算例。以复模态复杂性指标MSC来表征非均匀阻尼板的复模态复杂度,探讨了不同复模态复杂度下非均匀阻尼对超声声强的影响,揭示了非均匀阻尼板的声辐射特性。研究结果表明,当复模态复杂度很大时,超声声强图像的热点区域会变小或者稍显模糊,且中间区域会出现个别亮点,但从总体上看,不同的阻尼敷设面积,不同的阻尼分布型式以及不同的附加阻尼比的简支板超声声强图像依旧能够揭示薄板在振动时对远场辐射有贡献的区域,并能够很好地吻合简支板的边角辐射模态理论。基于复模态复杂性指标MSC表征复模态声辐射特性的不足,还讨论了复模态复杂度与辐射声功率之间的关系并提出了复模态声辐射复杂度指标CMRC来衡量复模态声辐射的复杂程度和特性:振动结构某一阶的复模态声辐射复杂度指标CMRC越高,该复模态的声辐射能力就越弱。