[发明专利]一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法

说明书

本发明公开了一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，采用结构干模态作为输入的声固耦合声辐射预报方法，充分考虑流体压缩性从而提高预报精度，建立壳体结构的有限元模型，通过Block‑Lanczos算法获得几何模型的干模态信息，在统一的声学计算环境下建立壳体结构及其周围声场的声固耦合模型，并进行声振耦合一体化计算分析，同步得到壳体结构的声学响应及结构振动响应，从而实现壳体结构低频声辐射预报，相比传统流固耦合方法充分考虑了流体的可压缩性对结构振动的阻尼效应，从而有效提高低频声辐射预报精度，本方法充分考虑了流体对结构的阻尼作用，相比于传统的流固耦合分析方法具有更高的分析精度，可为舰艇减振降噪工作提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及机械减振降噪领域，具体为一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法。

背景技术

实现运动快速性是当前水下航器、船舶等大尺寸壳体结构装备的追求目标，因此，不仅结构质量向轻量化发展，动力设备的功率亦越来越大，使得装备振动及辐射噪声问题日益突显，从而降低装备品质性能和使用性能。壳体结构装备声辐射的精确预报对于提高装备性能具有重要工程意义。大尺寸壳体装备的振动激励源具有幅值大和频谱宽的特点，声辐射预报需在宽频带内进行，采用单一的分析方法都不能得到有效的结果，当前低频段声辐射预报方法可分为传统的流固耦合方法以及声固耦合方法，而传统的流固耦合方法将流体简化为理想、无旋、不可压缩流体，忽略了水作为弹性媒质可压缩性对结构振动的阻尼效应，评估精度亟待提升；而现有声固耦合采用结构湿模态作为输入在计算耦合矩阵时两次考虑耦合作用也使预报精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于声固耦合的壳体结构低频声辐射预报方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据壳体结构的几何信息建立壳体结构的几何模型；

步骤2)、采用Block-Lanczos方法获得几何模型的干模态信息；

步骤3)、在统一的声学计算环境下建立壳体结构及其周围声场的声固耦合模型；

步骤4)、以几何模型的干模态信息作为声固耦合模型中耦合矩阵的输入，通过施加低频激励，进行声振耦合一体化计算，即可得到声学响应及结构振动响应。

进一步的，步骤1)中，通过采集壳体结构的几何信息，并对壳体结构的几何信息进行结构分析，根据分析结果建立壳体结构的几何模型。

进一步的，几何信息包括结构中各个部件的几何形状及形位尺寸，结构分析包括对承载件、振动传递件和质量件的分析。

进一步的，干模态信息包括壳体结构的固有频率和模态振型。

进一步的，建立几何模型的振动方程，基于振动理论求解几何模型的振动方程对应特征方程的特征值，特征值即为壳体结构的固有频率；特征值对应的特征向量为壳体结构的模态振型。

进一步的，建立几何模型的振动方程：

基于振动理论求解几何模型的振动方程，式中，M、C和K分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和X分别为加速度响应矢量、速度响应矢量和位移响应矢量；F为外部激励力矢量；

振动方程简化为：

求解简化方程的特征方程：