一种水下有限长圆柱壳体的振动辐射特征分析方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种水下有限长圆柱壳体的振动辐射特征分析方法。

背景技术

机械噪声是舰船的主要噪声，各种水下航行体的主体部分常常是某种类型的圆柱壳体，圆柱壳体振动声辐射噪声中包含与壳体结构和振动激励源的相关的固有特征。因此，目标物理参数和工况信息是目标识别的重要依据，研究水下目标辐射噪声的物理机理同样对水声目标识别具有重要的意义。针对目标几何结构难以直接提取的难题，通过构建目标振动辐射噪声常规特征参数与物理结构参数间的关联性，为目标几何与物理参数的获取提供新的途径，为水下目标识别提供物理机理基础。

结构振动与声辐射的研究方法主要有理论分析法、数值预报法和实验法三种。理论分析法有严谨的数学物理推导公式，但只限于简单几何形状的壳体模型，需要对实际模型进行简化，理论方法在处理实际工程问题时受到限制。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种水下有限长圆柱壳体的振动辐射特征分析方法，数值预报对结构和边界复杂的结构声辐射问题具有一定的适应性，工程实用性强。

技术方案：一种水下有限长圆柱壳体的振动辐射特征分析方法，包括如下步骤：

(1)利用Gambit软件划分圆柱壳体网格；

(2)导入到ICEM中进行bdf网格格式转换；

(3)将圆柱壳体的三个部分分别建立成FE(Finite element)子系统，所述三个部分为圆柱壳体的两个端部圆面和侧面；

(4)新建材料属性，将材料属性赋予三个FE子系统；

(5)建立外部的BEM(Boundary element method)，连接BEM和各个子系统；

(6)添加激励，设置数据采集面，在数据采集面上添加传感器；

(7)设置频率范围，求解设置观测点的声压频率响应；

(8)按照上述步骤得到不同半径的圆柱壳体的振动辐射声压，计算得到圆柱壳体半径与最强线谱频率间的回归模型。

有益效果：本发明与现有的方法相比，有以下几点有益效果：

(1)本发明的估计方法在VAONE软件中求解振动辐射噪声，快速求解圆柱壳体半径尺寸与振动辐射噪声最强线谱的关系，工程实用性强；

(2)本发明的估计方法可以解决结构和边界复杂的结构声辐射特征分析问题。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为激励位置和传感器位置分布图；

图3为VAONE软件中圆柱壳体的建模图；

图4为半径为2.3m的有限长圆柱壳体振动辐射声压频率响应图；

图5为半径为3.1m的有限长圆柱壳体振动辐射声压频率响应图；

图6为最强线谱频率关于半径的回归模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种水下有限长圆柱壳体的振动辐射特征分析方法，包括如下步骤：

圆柱壳体参数分别设置为：圆柱壳体厚度h＝0.027m，半径r＝2.3m，长度L＝9.3m，圆柱壳体密度ρ

第(1)步，根据设定的圆柱壳体的尺寸，利用Gambit软件划分圆柱壳体网格，检查网格质量。

第(2)步，将Gambit划分好的网格导入ICEM中进行bdf网格格式转换。

第(3)步，在VAONE软件中导入bdf格式网格，将圆柱壳体的两个圆面和侧面分别建立成FE子系统。

第(4)步，新建材料属性为steel，设置材料的厚度为0.027m，将材料属性赋给圆柱壳体的三个FE子系统，圆柱壳体两端用简支障板固定。

第(5)步，建立外部的BEM流体，BEM流体位置为(0,100m,0)，介质设置为海水，连接BEM流体到三个FE子系统中，如图3所示。

第(6)步，添加点激励为(a,0,0)，激励大小为1N，建立半径为100m的数据采集面，在数据采集面上添加传感器。

第(7)步，设置频率范围0～1000Hz，求解设置观测点的声压频率响应，得到传感器位置(100m,0,0)处的声压频率响应图，如图4所示。

第(8)步，按照步骤(1)至步骤(7)分别设置圆柱壳体参数中半径为3.1m、3.9m、4.4m、4.8m、5.6m、6.3m、7.2m、8.6m、9.7m、10.6m和11.5m，得到不同半径下传感器位置(100m,0,0)的声压频率响应，图5为半径为3.1m的有限长圆柱壳体振动辐射声压频率响应图。找到不同半径参数的声压频率响应图中最强线谱频率，以半径r作为自变量对最强线谱频率y作多项式的回归模型，如图6所示，得到关于半径的最强线谱频率的回归模型：

y＝2.7854x

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。