非消声水池中弹性圆柱壳低频声辐射预报方法研究

摘要

目前，水下结构声辐射预报研究主要集中于自由场环境，但是在实际应用中，自由场环境很难满足，非消声水池测量相对容易实现。本文以弹性圆柱壳为研究对象，针对非消声水池低频声辐射预报问题，通过测量结构在非消声水池中的振动，结合自由场声辐射效率，对结构在自由场的低频声辐射进行预报。预报成立的关键是结构在非消声水池和自由场具有相似的振动情况，本文着重对两种环境下结构振动进行了比对研究。本文方法对于水下大型结构基于水池振动测量评估其自由场声辐射水平有借鉴意义。 非消声水池与消声水池的差别主要体现在有限水体和壁面阻抗。因此本文重点研究了水池边界条件对于结构表面振动的影响，比较了模型与水池在不同体积占比情况下壳体表面振动与在自由场中的差别。并从阻抗的角度对产生变化的原因进行分析，从共振模态的角度对振动峰值进行解释。同时也研究了模型参数变化以及位置变化对于结构表面振动的影响。研究结果表明:水池中不同边界条件下计算得到的结论基本一致，随着模型与水池体积占比的增大，水池内的振动与自由场中的差异逐渐增大;三种边界条件下计算得到的体积占比与振动差异变化近似于指数关系。 选取单层圆柱壳为实验模型，分别在非消声水池内与消声水池内展开实验。在非消声水池内采集圆柱壳结构振动信息，在消声水池内采集结构表面振动信息与声场声压信息，比较了结构在非消声水池与自由场中的振动，所得结论与仿真规律基本一致。根据自由场中得到的辐射效率结合非消声环境下的均方振速预报了结构在自由场中的辐射声功率，仿真预报值与实验预报值的平均预报误差均小于2dB。