水下平板结构声振耦合分析的等效源法研究

水下航行体在水下辐射的噪声是水下目标探测的主要信息来源,快速精确地计算其辐射噪声特征参数对于结构的声辐射预报与控制具有十分重要意义。不同于空气中结构声辐射的预报,重流体介质如水中结构的噪声计算,由于结构振动和声场之间存在的耦合作用以及边界面上计算中存在的奇异积分问题,导致传统的边界元方法在计算效率和精度上受到一定限制。为此,利用波叠加原理,通过在结构内部分布点声源等效模拟振动产生的结构外声场,并根据结构与介质的边界连续性条件和体积速度匹配原则,构建了声振耦合动力学方程,以求解相应的等效源强度,进一步计算了声功率等声学参数。以水下置于无限大障板上的矩形板为案例,采用所提方法计算其声功率,并与解析解进行对比,证明了该等效源法的有效性。

一种分析水中结构声振耦合特性的等效源方法

为了精确快速地获取考虑声振耦合作用结构的声辐射特性参数,根据波叠加原理和有限单元法提出了一种水中结构的声辐射特性的高效计算方法。首先,利用波叠加原理和单元体积速度匹配原则,将结构运动方程中的声压项表示为形函数与等效源函数的乘积,再根据耦合界面连续性条件,建立了等效源强与结构位移的关系表达式,从而计算等效源强度,确定声压振速等声学参数;然后,以置于水中的矩形板为案例,在未知振速情况下计算声功率,并与解析方法计算结果进行对比,说明等效源法的有效性,讨论了对等效源数目的敏感性。结果表明:该方法计算精度较高,在研究低频声辐射特性方面具有较大优势;与有限元法相比,该方法只需要离散结构表面单元,不需要离散流体域,减少了计算量;与边界元法相比,该方法不需要处理声场的奇异性问题,提高了计算效率。