弹性圆柱壳体目标回波结构分析

摘要

本文研究的内容是水中弹性圆柱壳体在平面声场作用下的回波结构，尤其关注的是倾斜入射情况下螺旋环绕波的传播特性。国内外研究水下圆柱壳体特性的文章数目很多，但很大一部分着重于研究声波从正横方向入射壳体的性质，理论上和实验上均是如此，研究倾斜入射的情况的文章还较少，因为这种情况下，无论是理论还是实验，情况都更加复杂。本文试图对于声波倾斜入射圆柱壳体的情况作一初步探讨，利用有限的手段，希望能得到有启发性的结果。 本文从基本的理论入手，首先研究了平板在真空及在水负载作用下的频散特性，然后推导了平面波倾斜入射到水中无限长弹性圆柱壳体的散射场的简正级数解，并对之进行了WATSON变换，根据环绕波理论得到了螺旋环绕波的具体形式。 为了估算螺旋环绕波的回波时序，本文根据有限圆柱壳体的声激励和再辐射模型，利用理论计算得到的结果，计算了对应与本文实验环境的螺旋环绕波的应该出现的角度和时间，该预报值和实测数据基本吻合。 求解声一振耦合的特征方程是本文的一个关键。这里运用绕数积分方法求解了复波数情况下的特征方程，得到了较好的效果。相对于牛顿迭代法等数值方法，绕数积分法概念清晰，算法简洁，只是尚未得到广泛的采用。本文介绍了这种算法，指出了需要注意的问题，为将来更好的利用提供了建议。 本文实验的目的在于通过比较实验与理论预报的异同，检验频散曲线的正误和时序模型的适用性，从结果来看，是令人满意的。 最后，论文对于取得的成果进行了小结，对于仍需要改进的地方提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1实弹性柱的研究概况

1.2研究圆柱壳体的共振散射理论

1.3用环绕波理论研究圆柱壳体

1.4最近的研究发展

1.5本文的主要内容

第2章基本理论方法

2.1平板中的Lamb波

2.2平面声波倾斜入射水中圆柱壳体的简正波解

2.3 WATSON变换与环绕波解

2.4螺旋环绕波的一般特性

2.5本章小结

第3章回波时序估计

3.1有限弹性圆柱壳中环绕波的激励-再辐射模型

3.2螺旋环绕波的回波性质

3.3纵向螺旋表面波

3.4本章小结

第4章数值计算方法

4.1求解实频散方程

4.2求解复频散方程

4.3数值计算结果举例

4.4本章小结

第5章实验与实验数据分析

5.1实验概况

5.2镜反射回波和棱角波的时序分析

5.3螺旋环绕波的时序分析

5.4实验分析与总结

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢