[發明專利]一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法

有效

• 申請號: 201911380704.5
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111159945B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 張超;李斯慧;商德江;肖妍;劉永偉;韓玉苑;靳國永
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01H3/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法，其特征在于，所述預報方法具體步驟如下：

步驟1：采用有限元法建立圓柱殼結構有限元模型，進行真空條件下的模態分析，獲得各階模態位移振型，導出模態各個節點的法向位移；

步驟2：基于有限元模型，進行模態分析，計算空氣中各階模態位移振型和計算單位系數W_nm＝1時每階模態的水下輻射聲功率；

步驟3：基于有限元模型，施加激勵力進行受激振動聲輻射預計算；

步驟4：基于步驟2獲得的各階模態位移振型和單位系數W_nm＝1時各階模態的輻射聲功率，以及步驟3獲得的圓柱殼受激振動預計算結果，進行各階模態對總輻射聲功率的貢獻程度分析，識別出各個頻段的主輻射模態；

步驟5：基于步驟1中的待預報圓柱殼結構表面振動實測數據采用正交分解法獲得最低頻段主輻射模態的模態系數；

步驟6：基于步驟1中的待預報圓柱殼結構表面振動實測數據采用解方程組方法獲得其它頻段主輻射模態的模態系數；

步驟7：利用步驟5與步驟6得到的模態系數以及步驟2中的單位系數W_nm＝1時每階模態的水下聲輻射聲功率進行計算得到各階主輻射模態的輻射聲功率

步驟8：將步驟7中各階主輻射模態的輻射聲功率疊加得到總的輻射聲功率，實現輻射聲功率的快速預報。

2.根據權利要求1所述一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法，其特征在于，所述步驟1中，對于(n,m)階模態，其模態位移振型記作φ_nm。

3.根據權利要求1所述一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法，其特征在于，所述模態位移φ_nm作為位移輸入條件，進行有限元計算，得到該模態單位系數W_nm＝1時的輻射聲功率w_nm(f)，并進行預存。

4.根據權利要求1所述一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法，其特征在于，所述步驟3中的施加激勵力進行諧響應預計算，獲得圓柱殼表面位移Φ_e和輻射聲功率w_e(f)。

5.根據權利要求1所述一種基于主輻射模態的水下圓柱殼低頻聲輻射預報方法，其特征在于，所述步驟4具體為：

設(n,m)階模態的位移振型為φ_nm，其中，n表示圓柱殼周向模態號，m表示圓柱殼軸向模態號，(n,m)階模態的模態參與系數為W_nm，根據模態疊加原理，每階模態乘以它的模態系數，然后累加可得到圓柱殼總的位移分布Φ_e，公式如下所示：

然后對兩邊同時乘以(p,q)階模態φ_pq，并在整個表面積分可得：

根據模態正交性，即不同號模態乘積的表面積分為零，因此，上式可得：

不失一般性，將上式中的符號(p,q)換作(n,m)，整理可得模態參與系數：

由獲得的模態系數W_nm，進一步計算各階模態的輻射聲功率w_enm(f)，方法如下：

步驟2已經采用有限元法計算得到了單位系數W_nm＝1時模態位移φ_nm的輻射聲功率為w_nm(f)，由于圓柱殼振動聲輻射為線性系統，則聲功率與位移為二次方比例關系，即模態系數為W_nm時，對應的輻射聲功率為：

w_enm(f)＝|W_nm|²w_nm(f)????(5)

確定主輻射模態：將預計算獲得的各階模態的輻射聲功率曲線w_enm(f)和總輻射聲功率曲線w_e(f)進行比較，找出各個頻段上輻射聲功率最大的模態，稱為該頻段上的主輻射模態。