弹性球壳声散射对矢量水听器测向影响研究

以平面波在弹性球壳上声散射理论为基础,建立了弹性球壳近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型,分析了入射声波信号频率、入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响。计算和理论分析结果表明．弹性球壳声散射对矢量水听器测向性能的影响与壳体散射特性和水听器安装位置密切相关,在低频和高频段测向误差相对比较小,而在中频段则测向误差比较大,可通过选择工作频段,或者采用声学处理,降低壳体声散射强度,减小对矢量水听器测向性能的影响。研究结果为矢量水听器工程应用奠定了理论基础。     

复宗量球Bessel函数的计算和粘弹性球壳的声散射

1、引言 在声学、弹性力学、电磁学等物理问题的数值计算中常常用到球Bessel函数,一般进行数值运算所用的Matlab软件对球Bessel函数的计算没有建立库函数,要通过球Bessel函数与柱Bessel函数之间的变换公式计算.对于实变量,由变换公式计算的结果是准确的,但是对于参数为复宗量的情况,如计算吸声材料、阻尼材料及其它一些粘弹性材料的球形物体声散射,这种变换公式计算出的结果是不准确的.因此,需要研究复宗量球Bessel函数的计算.     

近场声全息测量阵架的设计与分析

全息测量系统设计的关键是测量全息面测点复声压(幅值和相位)的真实数据,介绍了自行设计的近场声全息(NAH)测量的传声器线阵扫描系统.利用边界元法计算了传声器线阵架结构表面声散射对阵上传声器测量全息复声压的影响,提出了敷设吸声材料以提高测量精度的措施;对在线阵架表面敷设吸声材料后的声散射效应仿真结果表明,吸声材料能够有效...     

弹性球壳声散射对矢量传感器测向精度的影响

由无指向性的声压传感器和具有偶极子指向性的振速传感器组成的矢量传感器,被应用于水声技术的各个领域;在实际应用过程中,常常把矢量传感器固定在某个水下平台上,而平台产生的散射场会使矢量传感器的接收声场发生畸变,进而影响其测量结果。本文以实际应用为背景,建立了弹性球壳障板的声散射场对矢量传感器测向性能影响的模型,并通过仿真分析了不同入射频率、不同观察距离、不同球壳厚度和半径条件下障板对矢量传感器测向精度的影响,研究结果为矢量传感器在水声测量中的应用提供理论支撑。     

斜入射平面声波由弹性圆盘引起的散射

在前一篇的报告中,作者们建立了表述平面声波在弹性物体上散射的数学模型,给出了平面声波垂直入射在一个圆盘上引起的散射的结果。在本文中,给出了平面声波斜入射到相同的圆盘上引起的散射的结果,把总散射截面计算成频率和入射角的函数。对入射角为60°的入射波,把圆盘上算得的位移分布分解成圆盘在所选频率上的自由振动的本征方式。在几个有意义的频率上,还给出了总声压和散射声压的散射指向性图以及近场声压分布的等声压线。     

用等效参数法研究含球形空腔弹性体的吸声性能

复合弹性材料已广泛应用于水声吸声材料中。本文研究的对象是含有球形空气空腔、以均匀粘弹性介质为基材的复合吸声结构。文中以散射理论和可变形粘弹性介质力学的基本理论为基础，建立了该复合结构的物理模型，引入了等效参数的概念来研究它的声学特性，并且分析了结构参数对其声学性能的影响。     

可压缩超弹性球壳的有限振动

应用有限变形动力学理论研究了一种可压缩超弹性材料球壳在表面突加均布拉伸载荷作用下的有限振动问题。应用有限差分法求解球壳振动的振幅和外加荷载之间的微分关系，得到了球壳振动的时程和相图。可以证明，可压超弹性球壳的振动是一个拟周期性的非线性振动。     

封闭弹性长方体与柱状体连接结构的辐射声场分析

建立了以机械方式连接的封闭弹性长方体与弹性圆柱体的外辐射声场模型。通过在弹性板和壳的四周以及两弹性结构连接点之间施加假想的弹簧系统模拟不同的边界条件和连接条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,推导出了腔体外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了弹性结构之间的振动耦合以及弹性结构与腔体内声场之间的耦合。通过算例表明,弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力件的辐射声场所决定;弹性结构连接点处线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大。同时,运用有限元法计算两个腔体内的声模态和弹性结构的振动模态,及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,验证理论推导的正确性。     

空气滤清器内吸声材料位置研究

室内声学研究证明,在高声压区域布置吸声材料能够有效地抑制低频模式,提高室内的低频声学性能.为进一步提高空气滤清器的消声量,结合该项研究成果,提出通过在空气滤清器模态高声压集中区域布置吸声材料的方法,来实现消声量的增加.采用有限元方法,建立类似于方形箱体的简化空气滤清器模型,得到内部空腔共振模式,发现高声压区域主要集中于腔体角部和棱边,在上述高声压集中区域布置吸声材料,以提高空气滤清器的消声效果,计算结果显示,在中高频传递损失有较大提高,并且优于增加等量滤纸厚度方法.将以上方法用于某型号空滤器设计中,通过空腔的模态分析,发现模态高声压集中区域,并布置吸声材料,传递损失计算结果证明方法合理可行,能够有效地用于实际空气滤清器以提高进气系统消声量.     

弹性厚球壳的有限元动力分析及其应用

本文用三维八节点块单元,进行了弹性厚球壳的动力特性分析,并与相应的弹性动力方程的解析解作了对比讨论。特征值计算表明,两种计算结果是十分接近的。有限元网格形状和单元数的多少,对特征值的计算结果甚有影响。弹性厚球壳的一个特征值,对应着一组模态振型,在文中作了理论上的解释,并出示了两个低阶特征值对应的固有振动模态:五种形态的椭球振动和七种形态的“三角球”形振动。本文为超精密测量机机体的结构动态设计提供了理论依据。     

壳间连接介质对双层壳声辐射性能的影响

研究了不同壳间连接介质的加筋双层壳的振动声辐射特性.基于Flügge壳体理论和Helmholtz波动方程,求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,计算了有限长双层壳体在径向点激励下的声功率和振动速度级.结果表明,水层的耦合作用随频率的增高而降低,托板的耦合作用随频率的增高而增加,托板在内、外壳的振动传递中起着较大的作用.为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了阻尼托板结构,即在托板上添加阻尼材料,对含阻尼托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究.结果表明,在中高频段,阻尼有效抑制了振动能量的传递,壳体的辐射声压明显降低,这对水下结构的减振降噪设计具有重要的参考意义.     

声障板对单双壳体近表面声压增益影响的计算与分析

根据单双壳体声场的特点,采用不同的反声或吸声障板,对贴覆障板前后壳体近表面处声压增益的变化进行了数值计算,分析声障板对壳体近表面声场的影响,分析不同类型声障板解决双壳体在某些频点增益的正负突变问题的能力以及单壳体贴覆障板的效果。计算结果表明,声障板对于提高双壳体前表面的声压增益有明显效果,且多层橡胶复合反声障板优于泡沫反声障板,总体上吸声障板比反声障板更具优势。对于单壳体,从提高近表面声压增益的角度,不加障板更好。     

球形壳体障板声散射近场矢量特性

为了实现矢量水听器在水面或水下载体上的工程应用,研究了球形壳体障板声散射近场矢量特性。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了球形壳体障板声散射的声压和质点振速表达式,给出相应的声强表达式。数值计算了球形壳体障板声散射的近场特性,重点关注其近场矢量特性。理论分析和数值计算结果表明,由于球形壳体障板的散射作用,声压场和质点振速场表现为复杂的干涉结构;质点振速方向和声源方位不一致;声压和质点振速不再同相;声强方向也不再反映声源方位。本文结果为矢量水听器在球形载体和球形障板条件下的工程应用提供理论依据。     

Generalized theory of resonance excitation by sound scattering from an elastic spherical shell in a nonviscous fluid

This work presents the general theory of resonance scattering (GTRS) by an elastic spherical shell immersed in a nonviscous fluid and placed arbitrarily in an acoustic beam. The GTRS formulation is valid for a spherical shell of any size and material regardless of its location relative to the incident beam. It is shown here that the scattering coefficients derived for a spherical shell immersed in water and placed in an arbitrary beam equal those obtained for plane wave incidence. Numerical examples for an elastic shell placed in the field of acoustical Bessel beams of different types, namely, a zero-order Bessel beam and first-order Bessel vortex and trigonometric (nonvortex) beams are provided. The scattered pressure is expressed using a generalized partial-wave series expansion involving the beam-shape coefficients (BSCs), the scattering coefficients of the spherical shell, and the half-cone angle of the beam. The BSCs are evaluated using the numerical discrete spherical harmonics transform (DSHT). The far-field acoustic resonance scattering directivity diagrams are calculated for an albuminoidal shell immersed in water and filled with perfluoropropane gas, by subtracting an appropriate background from the total far-field form function. The properties related to the arbitrary scattering are analyzed and discussed. The results are of particular importance in acoustical scattering applications involving imaging and beam-forming for transducer design. Moreover, the GTRS method can be applied to investigate the scattering of any beam of arbitrary shape that satisfies the source-free Helmholtz equation, and the method can be readily adapted to viscoelastic spherical shells or spheres.     

声呐导流罩内声场特性研究

为研究机械激励下声呐导流罩壳内噪声预报问题,采用数值计算(有限元法-边界元法)结合实验的方法对一导流罩模型的壳内声场进行研究。首先依据实际导流罩模型建模,并加载机械激励进行数值计算,得到壳内声场的均方声压,然后进行湖内实验测量,最后对比了数值计算和实验的结果。研究表明:有限元法加间接边界元法是分析导流罩内声场这种封闭结构流-固-声耦合问题的有效方法;导流罩壳内声场的数值计算结果与实验测量结果吻合较好;声场均方声压与结构均方振速之比反映了罩壳结构内平均声场特性,可用来对比分析数值计算和实验的结果。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。     

双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究

水下加筋圆柱壳体振动和声辐射是近年来研究的一个热点问题。文章从实验和数值计算两个方面,对水下加筋双层圆柱壳的振动传递及声辐射进行了研究。实验模型表面敷设了隔声去耦材料,分为四种工况:双壳全敷设、内全敷设、外全敷设、外部分敷设,对单频激振时内外壳体间的振动传递以及各工况下的近场声压进行了分析。结果表明,托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射最有效。为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了复合托板结构,即在托板上添加方钢结构,并对含复合托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究,表明方钢在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射。     

两端用圆板封口的环肋柱壳振动声辐射性能分析

研究两端用圆板封口的环肋圆柱壳结构在流场中的振动声辐射特性,着重分析了由环肋圆柱壳和端部圆板所围空腔的内部声场对整个系统结构振动和声辐射的影响.基于扩展的Rayleigh-Ritz法,利用Hamilton变分原理推导出圆柱壳与圆板的耦合振动方程.考虑了静水压力的影响,环肋圆柱壳与端部圆板之间采用二自由度弹簧模拟弹性连接的等效刚度.环肋圆柱壳声辐射的研究中,用Helmholtz波动方程和流固交界面上的速度相容条件求得壳体表面辐射声压的表达式,该表达式对有限长圆柱壳进行Fourier积分变换得到壳体外表面辐射声压的解;用Green函数法来求解环肋圆柱壳和端板所围空腔的内部压力场.     

住宅浮筑楼板撞击声改善量试验

弹性材料应用于浮筑隔声楼板中,对于优化改善住宅楼板的撞击声隔声性能有重要意义,其中弹性减振层和浮板质量层的优选是关键技术措施。以发泡橡胶减振垫板和聚氨酯泡沫板为对象,试验、分析了其在不同加载方式下的测试厚度、动态刚度、共振频率、阻尼比等主要性能参数。然后以钢筋混凝土住宅分隔楼板为例,分别以发泡橡胶减振垫板和聚氨酯泡沫板作为弹性减振垫层,浇筑成型不同厚度的浮筑隔声楼板结构,测试其在不同厚度、不同作用时间下的撞击声压级及其变化规律,对比分析了其对住宅楼板撞击声改善量的影响。