[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

说明书

本发明公开了一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法。步骤1：建立圆柱壳有限元模型，计算各阶模态位移振型；步骤2：计算单位系数时每阶模态的水下辐射声功率；步骤3：进行受激振动声辐射预计算；步骤4：进行各阶模态对总辐射声功率的贡献程度分析，识别出各频段上的主辐射模态；步骤5：基于实测振动数据获得最低频段主辐射模态的模态系数；步骤6：基于实测振动数据获得其它频段主辐射模态的模态系数；步骤7：计算得到各阶主辐射模态的辐射声功率；步骤8：将各阶主辐射模态叠加得到总辐射声功率，实现辐射声功率的快递预报。本发明利用少量振动监测点，简单的步骤，可比较准确、快速的预报水下圆柱壳低频辐射声功率。

技术领域

本发明涉及一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法。

背景技术

水下航行器的辐射噪声水平关系到其水下声隐身状态，对于水下航行器的安全隐蔽具有重要意义，因此，水下航行器辐射噪声的实时准确预报具有重要的工程应用价值。针对水下航行器的辐射噪声预报问题，提出了一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，本发明基于圆柱壳低频段主辐射模态辐射声功率为圆柱壳总辐射声功率主要组成部分的特点，可以利用较少测点的振动测量数据，实现圆柱壳辐射声功率的快速预报。圆柱壳是水下航行器的典型结构形态，因此，本发明可应用于水下航行器的辐射噪声预报，对于水下航行器的辐射噪声实时在线监测预报具有重要工程应用价值。

发明内容

基于水下圆柱壳低频段存在主辐射模态的特点，提出一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，本方法对振动测点需求数目少，步骤简单，能够比较准确、快速的预报水下圆柱壳低频辐射声功率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于主辐射模态的水下圆柱壳低频声辐射预报方法，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。

进一步的，所述步骤1中，对于(n,m)阶模态，其模态位移振型记作φ_nm。

进一步的，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。

进一步的，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)。

进一步的，所述步骤4具体为：