水下航行器耐压体主要采用圆柱壳结构，目前对其声学品质要求日趋严格，因此水下圆柱壳声-振耦合处理技术与算法至关重要。目前该领域的研究主要是自由声场模型。但在实际工程中，流场往往受到自由液面的约束，如潜态及浮态。建立潜浮圆柱壳声-振耦合模型，开展处理技术与算法研究，可充实和完善水下圆柱壳声-振研究体系。本书结合波传播法、虚源法、伽辽金法和多坐标系建模等诸多技术，由易到难全方位阐述和剖析潜浮圆柱壳结构的振动及声辐射性能，旨在揭示潜浮圆柱壳声-振耦合规律，为积极有效地减振降噪、进一步增强水下航行体的声隐身性能提供理论、技术和算法基础。
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第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 国内外研究进展 2
1.2 研究思路及研究内容 9
1.2.1 研究思路 9
1.2.2 研究内容 10
第2章 圆柱壳声-振耦合中的附连水质量方法 12
2.1 引言 12
2.2 圆柱壳的声-固耦合模型 12
2.2.1 研究对象 12
2.2.2 圆柱壳振动分析 13
2.2.3 声场分析 13
2.2.4 声-振连续条件 14
2.2.5 声场-圆柱壳耦合振动方程 14
2.3 模态附连水质量 15
2.3.1 速度势 15
2.3.2 流体动能 16
2.3.3 模态附连水质量 17
2.4 算例分析 17
2.4.1 数值模型参数 17
2.4.2 壳体边界条件 17
2.4.3 方法验证 18
2.4.4 模态附连水质量的模态分布 19
2.4.5 壳体边界条件对水下圆柱壳模态附连水质量的影响 20
2.5 本章小结 22
第3章 潜态圆柱壳声-振模型与计算分析 23
3.1 引言 23
3.2 声场-圆柱壳耦合振动分析 23
3.2.1 研究对象 23
3.2.2 流体静压 24
3.2.3 计及流体静压效应的壳体振动方程 24
3.2.4 静压-固有频率关系及弹性临界载荷预报 25
3.3 存在自由液面的半空间内声场分析 28
3.4 流场-圆柱壳的耦合自由振动模型 30
3.4.1 声场-圆柱壳耦合系统的特征方程 30
3.4.2 模态附连水质量 31
3.5 圆柱壳的受迫振动模型 31
3.5.1 外激励力 31
3.5.2 流体声载荷 32
3.5.3 声场-圆柱壳耦合系统受迫振动方程 32
3.5.4 输入能量流 33
3.6 圆柱壳的声辐射模型 33
3.6.1 辐射声功率 33
3.6.2 远场辐射声压 34
3.7 算例分析 36
3.7.1 自由振动特性 36
3.7.2 输入能量流特性 51
3.7.3 声辐射特性 55
3.8 本章小结 64
第4章 浅海圆柱壳声-振性能计算与分析 66
4.1 引言 66
4.2 刚性底面对水下圆柱壳声-振特性的影响 66
4.2.1 研究对象 66
4.2.2 结构振动分析 67
4.2.3 刚性底面处的声学边界条件 67
4.2.4 存在刚性底面的半空间声场分析 67
4.2.5 刚性底面附近圆柱壳的自由振动特性分析 68
4.2.6 刚性底面附近圆柱壳的输入能量流和辐射声功率 79
4.3 有限深度水域中的声场分析 84
4.3.1 研究对象 84
4.3.2 声学边界条件分析 84
4.3.3 声场分析 84
4.4 圆柱壳的自由振动特性分析 86
4.4.1 有限深度水域中圆柱壳的自由振动模型 86
4.4.2 有限深度水域中圆柱壳的模态频率特性 87
4.5 圆柱壳的输入能量流和辐射声功率分析 97
4.5.1 有限深度水域中圆柱壳的受迫振动模型 97
4.5.2 有限深度水域中圆柱壳的输入能量流和声辐射特性 98
4.6 本章小结 105
第5章 半浸状态圆柱壳声-振耦合处理技术 106
5.1 引言 106
5.2 模型介绍 106
5.3 耦合声-振方程 106
5.3.1 圆柱壳振动方程 106
5.3.2 流体声载荷 108
5.3.3 外力 109
5.3.4 耦合振动方程 109
5.3.5 远场辐射声压 110
5.4 数值计算 112
5.4.1 截断项数选取的讨论 112
5.4.2 算法验证 115
5.4.3 远场辐射声压 116
5.4.4 不同激励位置下圆柱壳结构的辐射声场 117
5.4.5 不同方位角θ处半浸圆柱壳结构的辐射声场 121
5.5 半浸状态下圆柱壳声辐射快速算法及输入功率流分析 123
5.5.1 声辐射快速预报方法 124
5.5.2 输入功率流分析 130
5.5.3 数值计算及讨论 131
5.6 本章小结 132
第6章 圆柱壳-流场的部分耦合声-振技术与算法 134
6.1 引言 134
6.2 理论推导 134
6.2.1 部分浸没工况的物理模型 134
6.2.2 部分浸没工况下声学边界条件的处理 135
6.2.3 系统控制方程的建立 136
6.2.4 部分浸没工况下声-固耦合交界面速度连续条件的处理 138
6.2.5 控制方程的求解 139
6.2.6 部分充液工况 140
6.3 部分浸没工况数值分析 141
6.3.1 方法的收敛性分析 141
6.3.2 方法的适用范围分析 142
6.3.3 自由振动的准确性验证 144
6.3.4 受迫振动的准确性验证 145
6.3.5 声场的准确性验证 146
6.4 部分充液工况数值分析 146
6.4.1 方法的收敛性分析 146
6.4.2 方法的适用范围分析 147
6.4.3 自由振动的准确性验证 149
6.4.4 受迫振动的准确性验证 149
6.4.5 声场的准确性验证 150
6.5 本章小结 151
第7章 一般浮态圆柱壳的声-振耦合性能 152
7.1 引言 152
7.2 壳体振动理论模型 152
7.3 远场声辐射理论模型 156
7.4 方法验证 158
7.4.1 方法收敛性分析 158
7.4.2 自由振动及受迫振动准确性分析 158
7.4.3 声场准确性分析 161
7.5 浮态圆柱壳声-振性能研究 162
7.5.1 模态分析 162
7.5.2 特征深度对固有频率的影响 165
7.5.3 特征深度对声辐射性能的影响 166
7.6 部分充液状态下有限长圆柱壳自振特性研究 167
7.6.1 部分充液圆柱壳理论模型 167
7.6.2 准确性分析 169
7.6.3 部分充液与部分浸没工况下固有频率的对比分析 170
7.7 内、外流体介质均与圆柱壳结构部分耦合工况 174
7.8 本章小结 176
第8章 码头系泊状态下圆柱壳声-振性能 177
8.1 引言 177
8.2 理论分析 177
8.2.1 模型简介 177
8.2.2 声-振控制方程 178
8.2.3 声边界的处理 178
8.2.4 声-固耦合边界的处理 180
8.2.5 控制方程的求解 181
8.3 数值分析 181
8.3.1 收敛性分析 182
8.3.2 准确性分析 182
8.4 码头系泊状态下圆柱壳振动性能分析 184
8.4.1 码头壁面及海底边界对受迫振动的影响 184
8.4.2 刚性边界对固有频率的影响 186
8.4.3 码头系泊状态下圆柱壳周向模态振型研究 187
8.5 考虑内流场影响的码头系泊圆柱壳模型 189
8.6 考虑海底为吸声边界时自振特性分析 190
8.6.1 考虑海底为吸声边界时码头系泊圆柱壳理论模型 190
8.6.2 不同海底类型对固有频率的影响 191
8.6.3 圆心到海底吸声边界距离D3对固有频率的影响 192
8.7 码头系泊状态下纵横加筋圆柱壳自振特性分析 193
8.8 本章小结 196
第9章 有限水域有限长圆柱壳振动特性试验研究 197
9.1 引言 197
9.2 试验模型 197
9.2.1 试验选材 197
9.2.2 传感器布置方案 197
9.2.3 试验模型 197
9.3 试验环境影响因素分析 202
9.3.1 端板的影响 202
9.3.2 流体静压的影响 202
9.3.3 传感器质量的影响 203
9.4 试验测量方案 204
9.4.1 试验原理 204
9.4.2 试验装置 204
9.4.3 试验测量步骤 204
9.5 试验数据分析 206
9.5.1 相干函数分析 206
9.5.2 频响函数分析 206
9.5.3 理论计算结果与试验结果的对比分析 207
9.5.4 潜深对有限深度水域中圆柱壳固有振动特性的影响 208
9.6 本章小结 209
第10章 总结与展望 210
10.1 本书主要工作与创新 210
10.1.1 本书主要工作 210
10.1.2 主要创新 211
10.2 研究展望 212
参考文献 213
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