声激励浸水结构声振特性计算

摘要

结构振动问题一直是工程实际中所关注的焦点。而对于浸水结构，如船舶和潜艇等航行器，除了关注其振动问题外，还需要关注其水下声辐射问题。水下声辐射问题是典型的流固耦合问题，需要根据结构和流体不同的特性建立各自的方程，并在交界面上相互耦合。为解决复杂的工程实际问题，学者们发展了各类数值方法，以求最简单高效地解决流固耦合问题。对于结构，一般采用有限元进行建模，本文采用位移有限元。对于流体主要的建模方法有有限元法和边界元法。流体有限元法便于和结构有限元相耦合，适合解决有限空间的流固耦合问题。边界元则对于无限域的问题很有优势。本文采用流体边界元法。
　　本研究主要内容包括：⑴根据有限元法，采用四节点四边形等参单元离散结构，推导了其有限元方程。并编写了程序，通过四边简支板和两端刚固的圆柱壳的模态计算验证了程序的正确性。⑵根据声场Helmholtz方程，利用权函数法推导了边界积分方程。在边界上用四边形四节点等参单元离散。推导时采用坐标变换法和 CHIEF方法分别解决奇异积分和特征频率处解非唯一性的问题，得到了边界元法的系统方程。对于给定边界条件的脉动球，编写边界元程序计算了其边界声学量和声辐射解。⑶对于得到的有限元和边界元方程，通过耦合面的连续条件，推导了耦合的结构振动方程和声辐射方程，并编程计算了结构流固耦合振动和声辐射的解。对于内部声激励的圆柱壳，通过声腔格林函数法，求得声腔的声压值，将边界上的声压值加载到圆柱壳上，得到了内部任意位置点声源激励下的圆柱壳水下振动和声辐射的计算结果。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 浸水结构声辐射国内外研究现状

1.3 本文主要内容

2 弹性薄板振动问题有限元理论及程序实现

2.1 弹性力学的基本方程

2.2 弹性力学有限元法基本理论

2.3 Mindlin板加膜模型有限元方程

2.4 固有频率与固有振型求解

2.5 数值算例

2.6 本章小结

3 声辐射问题数值计算方法及程序实现

3.1 声场Helmholtz方程

3.2 声学有限元法

3.3 声学直接边界元法

3.4 数值算例

3.5 本章小结

4 浸水结构声振特性计算

4.1 流固耦合方程

4.2 结构振动特性求解

4.3 结构声辐射特性求解

4.4 含点声源水下圆柱壳声振特性分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 论文展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢