部分浸没圆柱壳声固耦合计算的半解析法研究

部分浸没圆柱壳-流场耦合系统的声振分析是一种典型的半空间域内声固耦合问题,其振动及声学计算目前主要依赖于数值方法求解,但无论从检验数值法还是从机理上揭示其声固耦合特性,解析或半解析方法的发展都是不可或缺的.本文提出了一种半解析方法,先将声场坐标系建立在自由液面上,采用正弦三角级数来满足自由液面上的声压释放边界条件;接着基于二维Flügge薄壳理论建立了以圆柱圆心为坐标原点的壳-液耦合系统的控制方程;然后再利用Galerkin法处理声固耦合界面的速度连续条件,推导得到声压幅值与壳体位移幅值之间的关系矩阵并求解该耦合系统的振动和水下声辐射.与有限元软件Comsol进行了耦合系统自由、受迫振动和水下辐射噪声计算结的对比分析,表明本文方法准确可靠.本文的研究为解析求解弹性结构与声场部分耦合的声振问题提供了新的思路.

部分浸水周向开口圆柱壳声散射特性研究

基于镜像原理和薄壳理论,推导得到部分浸水周向开口圆柱壳体散射声场解析解。仿真计算了部分浸水周向开口刚性和弹性圆柱壳体反向散射声场声压级,获取了反向散射声场随入射角度、频率以及开口角度的变化特性,并利用散射亮点模型和弹性环绕波传播模型分析了特性形成机理。研究表明:由于水面界面的存在,部分浸水周向开口圆柱壳体散射声场可以分解为直达入射波和水面虚源入射波引起的散射声场叠加,并随频率变化呈现明显增强和抵消的干涉现象;周向开口可等效为弹性表面波传播的反射边界,可影响周向开口圆柱壳体声散射弹性共振特性。