加环肋和纵肋以及铺板圆柱壳结构是大多数水下潜器主体结构的简化模型,其中环肋和纵肋通常呈周期性分布。铺板或纵肋对圆柱壳的振动与声学特性具有不可忽视的作用,掌握其声学特性可以为主/被动声呐对水下潜器的探测和识别提供新的思路。具有重要的理论价值和广泛的工程应用前景。水中圆柱壳内的弹性波可以分为亚音速波和超音速波,波数大于水中声波波数或相速度小于水中声速的弹性波称为亚音速波,而波数小于水中声波波数或相速度大于水中声速的弹性波称为超音速波。对于基本圆柱壳,根据Snell定律,壳体中的亚音速波既无法被外部平面波激发也无法在壳体光滑处高效辐射到远场,而超音速波既可以被外部平面波激发也可以在壳体光滑处高效辐射到远场。本文使用Donnell方程,在基本圆柱壳振动和声学特性研究工作的基础上,基于壳体中弹性波的激发、传播和辐射规律,采用理论预报和实验验证的思路,深入研究了水中铺板或纵肋对圆柱壳振动和声学特征的影响。主要的研究工作有如下几个方面:1.根据实际工程中铺板与圆柱壳厚度之比,忽略铺板的弹性振动,其与圆柱壳衔接点处各向位移为零,并采用二维弹性薄壳理论导出了加多层刚性铺板圆柱壳散射声场的解析解。基于背向散射声压形态函数频率-角度谱中的精细特性,着重分析了铺板与圆柱壳衔接点对入射声波的反射以及亚音速弯曲波的再辐射作用。研究表明亮区处铺板与圆柱壳衔接点不但对入射声波具有反射作用,还能够激发并再辐射亚音速的弯曲波,衔接点处的反射波与再辐射的弯曲波都能与镜反射回波发生干涉,在背向散射声压形态函数频率-角度谱中形成干涉条纹。此外,再辐射的亚音速弯曲波能量远小于铺板与圆柱壳衔接点处反射波的能量,若多个铺板与圆柱壳衔接点同时处于亮区,衔接点反射波的特征将掩盖其再辐射弯曲波的特征。2.精心设计了加单层铺板与加双层铺板圆柱壳声散射的水池实验,分别使用短脉冲入射和长脉冲入射波获得了目标背向散射的瞬态信息和稳态信息,并画出了瞬态的时间-角度谱和稳态的频率-角度谱。由于短脉冲的入射波能量较小,时间-角度谱中只观察到了明显的铺板与圆柱壳衔接点反射波的轨迹,而无法观察到较明显的衔接点处再辐射弯曲波的轨迹。长脉冲入射时,稳态的频率-角度中则同时观察到了较明显的衔接点反射波和再辐射弯曲波的轨迹。铺板与圆柱壳衔接点反射波的轨迹能准确预报。然而,由于实验实际使用模型的铺板为弹性,弯曲波在铺板与圆柱壳衔接点处会发生复杂的相位变化,故实验中衔接点再辐射的弯曲波的轨迹较难精确预报。3.建立了水中加纵肋圆柱壳在点力激励下的振动和声辐射数学模型,考虑纵肋沿圆柱壳周向周期排列。壳体振动采用Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述。在圆柱壳的周向使用模态展开和周期条件,在轴向使用Fourier变换方法,导出了圆柱壳体径向振速表达式。通过波数域稳相法得到了远场辐射声压的解析解。将周向模态数与圆柱壳半径之比看作离散周向波数,并基于离散周向波数频率谱研究了点激励时周期性纵肋对壳体振动的影响。研究表明,纵肋带来的附加质量能够略微影响壳体中弯曲波的波数,而纵肋的周期性分布则使壳体周向存在多阶次的Bloch弯曲波。其中波数小于水中声波波数的Bloch弯曲波的超音速分量能够通过相位匹配的方式高效辐射到远场,并在远场辐射声压频率谱中形成共振峰。并且此类共振峰存在一定的频率下限,其下限与纵肋的间距有关,纵肋间距越大共振峰的频率下限越低。4.在水中加纵肋圆柱壳的振动和声辐射数学模型的基础之上,建立了水中加纵肋圆柱壳在平面波激励下的声散射数学模型,同样考虑纵肋沿圆柱壳周向周期排列。将周向模态数与圆柱壳半径之比看作离散周向波数,并基于离散周向波数频率谱研究了平面波激励时周期性纵肋对壳体振动的影响。研究表明,平面波无法直接激发亚音速的弯曲波,但在平面波的激励下,壳体振动带动了纵肋的振动,而纵肋对壳体的反力激发了壳体中亚音速的弯曲波。与力激励情况一样,声激励时,加周期纵肋圆柱壳的周向同样存在多阶次的Bloch弯曲波。不同阶次的Bloch弯曲波也能在对应的分波形态函数中形成共振峰,叠加在背向散射声压形态函数中形成复杂的共振峰。此外,满足一定关系的不同阶分波形态函数还具有相同的共振频率,也就是说周期性纵肋的共振存在简并现象。通过本文的工作,对加铺板或纵肋圆柱壳的声学特性有了深入的理解,特别是铺板或纵肋对壳体中弹性波的激发、传播以及辐射作用以及由于纵肋周期性而产生的Bloch弯曲波对声场的贡献,为实际工程提供了理论依据。