[发明专利]一种基于声压分解的水下圆柱壳低频声辐射预报方法

说明书

一种基于声压分解的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，它涉及一种水下声辐射预报方法。本发明预报方法：a、建立圆柱壳有限元模型；b、获得各阶模态位移振型；c、得到该模态的辐射声功率和结构表面声压场；d、将各阶模态的相关数据储存于数据库；e、在有限元结构模型上施加与实际激励力类似的一般激励，得到结构表面声压；f、确定所述低频频段上的主辐射模态的阶次；g、测得圆柱壳结构表面实际振动的声压数据；h、获得主辐射模态的声压分解系数；i、利用步骤f求得主辐射模态的辐射声功率。本发明对水下圆柱壳的模态进行预计算和存储，结合实际水下圆柱壳表面声压的测量，可实现对水下圆柱壳低频辐射声功率的快速预报。

技术领域

本发明涉及一种水下声辐射预报方法。

背景技术

目前，水下航行器被广泛用于国防，海洋发展和其他领域。为了评估其声学隐身性能以及自噪声对本地声纳检测性能的影响，越来越需要对水下航行器辐射噪声进行实时，准确的预测。因此，预测水下结构的辐射噪声一直是学者关注的问题。为了方便工程应用，如何有效减少预测中使用的测量点数量，提高声辐射预测效率，是学者们的难题。目前比较经典且公认的方法有边界元法(参考文献：Copley,L.G.Integral equation method forradiation from vibrating bodies.J.Acoust.Soc.Am.1967,41,807–816.)，有限元法(参考文献：He,Z.C.；Liu,G.R.；Zhong,Z.H.An edge-based smoothed finite elementmethod(ES-FEM)for analyzing vibro-acoustic analysis.Comput.Method.Appl.M.2009,199,20-33.)，边界元与有限元结合的方法(参考文献：Ding,Y.M.；Wang,H.FEM-BEManalysis of tyre-pavement noise on porous asphalt surfaces with different textures.Int.J.Pavement.Eng.2017,20,1090-1097.)，等效源法(参考文献：Koopmann,G.H.；Song,L.；Fahnline,J.B.A method for computing acoustic fields based on theprinciple of wave superposition.J.Acoust.Soc.Am.1989,86,2433–2438.)，统计能量法(参考文献：Ramachandrana,P.；Narayananb,S.Evaluation of modal density,radiation efficiency and acoustic response of longitudinally stiffenedcylindrical shell.J.Sound.Vib.2007,304,154–174.)。然而，这些常规方法具有其自身的缺点。有限元法需要已知的激振力，这在实际工程应用中通常很难获得。边界元和等效源方法仅需要了解结构的表面振动，但是它们都需要结构表面上许多测量点的振动信息。测量点不足是限制实际应用中预测精度的关键因素。此外，由于要处理许多测量点的数据，因此这两种方法的预测效率很低。而统计能量法只能给出统计结果，总是有明显的不确定性，并且仅适用于高频。因此，许多研究人员进行了其他的一些尝试，用其他的方法来预报辐射声场。基于振动传递的方法是通过计算结构的声辐射效率，结合实际振动测量获得的均方振速计算辐射声功率。(参考文献：ZHANG Chao,SHANG Dejiang,Liu Guiyin and CAOPeizheng.Prediction of sound radiation from submerged structure by transfermethod based on measuring vibration.IEEE/OES China Ocean Acoustics Symposium,2016)。该方法适用于模态比较密集的中高频段，而在低频段实用性变差。而基于声场重构的声辐射预报方法(参考文献：叶海林，陈美霞，陶襄樊.基于l₁范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究.船舶力学，2019,23(2):234-244)涉及到振速重构，根据结构表面测点的振速数据，基于模态叠加理论实现表面振速场或位移场的重构，然后再由其他传统的方法计算辐射声场。这个方法预报过程中需要振速重构，需要边界元计算，通常是比较麻烦，计算量也比大。还有利用声辐射模态来确定辐射声场预报方法(参考文献：Elliott,S.J.；Johnson,M.E.Radiation modes and the active control of soundpower.J.Acoust.Soc.Am.1993,94,2194–2204.)需要分解得到声辐射模态，而结构振动的本征模态是结构振动模态，一般结构的声辐射模态计算比较麻烦，而且也没有通用的计算软件来计算声辐射模态。还有基于位移分解获得主辐射模态的位移分解系数，从而对辐射声功率进行预报的方法(参考文献：Chao Zhang,Sihui Li,Dejiang Shang,Yuyuan Hanand Yuyang Shang.Prediction of Sound Radiation from Submerged CylindricalShell Based on Dominant Modes.Applied Sciences.2020,10,3073)，但是这种方法需要更多的表面测点，加大计算成本。