[发明专利]一种基于导流罩结构设计方案的透声性能仿真计算方法

说明书

本发明提出一种基于导流罩结构设计方案的透声性能仿真计算方法，采用流固耦合的有限元技术，重点对模型简化及建立，网格划分，计算边界条件设置等方面进行分析，通过计算无加强筋的导流罩透声窗有限元模型的插入损失，并将数值仿真结果和理论解析结果进行比较，验证了数值仿真的准确性，本发明为准确获取导流罩透声窗的透声性能提供技术手段，可应用于指导水面船导流罩透声窗的声学设计，为开展导流罩内结构设计提供技术支撑。

技术领域

本发明属于水面船声纳导流罩总体声学设计的技术领域，尤其涉及一种基于导流罩结构设计方案的透声性能仿真计算方法。

背景技术

导流罩是保证声纳在水中处于良好工作环境的透声壳体。导流罩的设计除了要求较低的流噪声以外，还需要兼顾力学性能和静态声学性能，即应该具备足够的强度以及良好的透声性。

近年来，国外逐步开始从系统论的角度论述基于声纳声学特性的导流罩设计，并且已开发多种模拟方法，模拟声纳平台区的自噪声。声纳导流罩的声学设计经常会和结构设计产生冲突，可以通过数值仿真工具在各种矛盾的要求中找到一种适当的设计，并以声波入射到导流罩插入损失的理论模型及有限元模型进行对比为例，阐述了数值仿真技术在声纳导流罩声学设计中的重要性。

我国水面船在导流罩的结构形式、透声性能，声学材料处理等方面缺少系统、精细的工作，特别是对罩内的声学环境几乎没有进行检测与研究。目前，国内在利用数值仿真技术辅助导流罩声学设计领域尚属空白，对计算结果是否可靠，是否能达到工程研制需要的精度要求也需要进行逐步的探索。在相关型号科研工作中开展导流罩透声窗透声性能数值仿真技术研究，可以提高我所总体声学设计水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于导流罩结构设计方案的透声性能仿真计算方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于导流罩结构设计方案的透声性能仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)建模：根据简化模型的尺寸，利用SOLID5单元建立双层板模型，在双层板模型两端及内部利用FLUID30单元建立充水环境，在双层板模型与水介质的接触面建立耦合层，在水层的最左端处，进行平面波声压赋值，在水层的最右端处，利用FLUID130单元建立全吸声来模拟无限远环境；

S2)划分网格：推算最小应力波波长λ_min，然后通过分析频率上限所对应的振动波波长λ_B来确定导流罩透声窗模型有限元网格划分的标准；

S3)求解计算：在建模及划分网格完毕后，根据计算的频段，选定计算的步长，进行求解计算；

S4)数据后处理：根据驻波场中插入损失的计算方法，在双层板模型两端合适位置选取入射声压P_i、反射声压P_r、透射声压P_t，计算插入损失，得到插入损失的结果后，利用软件MATLAB将结果图形化。

按上述方案，步骤S2中具体包括如下内容：

从波动理论出发，一个波长内至少应有五个节点，即四个单元，由此导出单元长度的细化标准，即单元长度波动理论导出的细化标准如下：

板中的纵长波波速为：

板中的弯曲波波速为：

频率上限所对应的振动波波长：其中，h为板厚，E为弹性模量，μ为泊松比，ρ为密度；代入频率上限值，计算得到频率上限所对应的振动波波长λ_B，也即频率上限时最小应力波波长值，进而得出单元尺寸Δ。

按上述方案，步骤S4中具体包括如下内容：