[发明专利]一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法

权利要求书

1.一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，其特征在于，所述预报方法具体步骤如下：

步骤1：采用有限元法建立圆柱壳结构有限元模型，进行真空条件下的模态分析，获得各阶模态位移振型，导出模态各个节点的法向位移；

步骤2：基于有限元模型，进行模态分析，计算空气中各阶模态位移振型和计算单位系数W_nm＝1时每阶模态的水下辐射声功率；

步骤3：基于有限元模型，施加激励力进行受激振动声辐射预计算；

步骤4：基于步骤2获得的各阶模态位移振型和单位系数W_nm＝1时各阶模态的辐射声功率，以及步骤3获得的圆柱壳受激振动预计算结果，进行各阶模态对总辐射声功率的贡献程度分析，识别出各个频段的主辐射模态；

步骤5：基于步骤1中的待预报圆柱壳结构表面振动实测数据采用正交分解法获得最低频段主辐射模态的模态系数；

步骤6：基于步骤1中的待预报圆柱壳结构表面振动实测数据采用解方程组方法获得其它频段主辐射模态的模态系数；

步骤7：利用步骤5与步骤6得到的模态系数以及步骤2中的单位系数W_nm＝1时每阶模态的水下声辐射声功率进行计算得到各阶主辐射模态的辐射声功率

步骤8：将步骤7中各阶主辐射模态的辐射声功率叠加得到总的辐射声功率，实现辐射声功率的快速预报。

2.根据权利要求1所述一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，其特征在于，所述步骤1中，对于(n,m)阶模态，其模态位移振型记作φ_nm。

3.根据权利要求1所述一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，其特征在于，所述模态位移φ_nm作为位移输入条件，进行有限元计算，得到该模态单位系数W_nm＝1时的辐射声功率w_nm(f)，并进行预存。

4.根据权利要求1所述一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，其特征在于，所述步骤3中的施加激励力进行谐响应预计算，获得圆柱壳表面位移Φ_e和辐射声功率w_e(f)。

5.根据权利要求1所述一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

设(n,m)阶模态的位移振型为φ_nm，其中，n表示圆柱壳周向模态号，m表示圆柱壳轴向模态号，(n,m)阶模态的模态参与系数为W_nm，根据模态叠加原理，每阶模态乘以它的模态系数，然后累加可得到圆柱壳总的位移分布Φ_e，公式如下所示：

然后对两边同时乘以(p,q)阶模态φ_pq，并在整个表面积分可得：

根据模态正交性，即不同号模态乘积的表面积分为零，因此，上式可得：

不失一般性，将上式中的符号(p,q)换作(n,m)，整理可得模态参与系数：

由获得的模态系数W_nm，进一步计算各阶模态的辐射声功率w_enm(f)，方法如下：

步骤2已经采用有限元法计算得到了单位系数W_nm＝1时模态位移φ_nm的辐射声功率为w_nm(f)，由于圆柱壳振动声辐射为线性系统，则声功率与位移为二次方比例关系，即模态系数为W_nm时，对应的辐射声功率为：

w_enm(f)＝|W_nm|²w_nm(f)    (5)

确定主辐射模态：将预计算获得的各阶模态的辐射声功率曲线w_enm(f)和总辐射声功率曲线w_e(f)进行比较，找出各个频段上辐射声功率最大的模态，称为该频段上的主辐射模态。