水下矩形钢板声反射系数测量方法研究

论文摘要

本文主要研究如何通过对水下有限矩形弹性钢板的声全息测量获得钢板声反射系数的测量方法。首先利用FEM+IBEM方法计算了弹性钢板在声源激励下的声场;再采用声全息方法通过计算得到的数据反演钢板的反射系数;最后讨论了钢板的结构参数、测量参数、声源类型、多声源组合等条件对反演钢板反射系数的影响。为实际工程测量的参数选取提供了参考。文中用有限元方法描述弹性结构的振动问题,用边界元方法描述结构的声辐射场,通过结合有限元方法和边界元方法使弹性结构与流体交界面上离散化的点相匹配,从而获得结构与声场的耦合运动方程。通过进一步的数值计算,得到弹性钢板散射场近场全息声压分布。再借助VC++、MATLAB软件处理数据,最终得到钢板的声反射系数、入射声场及反射声场的波数谱和角度谱图。利用近场声全息方法反演全向声反射系数,是一种基于波动声学理论的声学测量方法。该方法通过测量介于声源和被测材料之间的两个全息面上的复声压分布,利用空间傅立叶变换,得到被测材料在任意入射角的平面波声反射系数。通过应用波数域采样定理,得到入射声场和反射声场的波数谱和角度谱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和研究目的
• 1.2 水下结构声研究方法概述
• 1.3 本文的研究方法及研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 第2章 FEM+BEM计算水下结构声的基本原理
• 2.1 有限元法及边界元法简介
• 2.1.1 有限元法的基本理论
• 2.1.2 边界元法的基本理论
• 2.1.3 有限元与边界元的耦合
• 2.2 FEM+BEM计算水下声结构的基本关系式
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 波动方程的离散化
• 2.2.3 流体矩阵的引出
• 2.2.4 声固耦合的有限元分析
• 2.2.5 有限元和间接边界元耦合公式的推导
• 2.3 SYSNOISE计算水下结构声的算例检验
• 2.4 本章小结
• 第3章 水下弹性钢板的反射系数全息反演
• 3.1 声全息的基本原理
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 结构模型图
• 3.2.2 网格密度收敛性的验证
• 3.3 钢板的结构参数对反射系数的影响
• 3.3.1 钢板的大小对反射系数的影响
• 3.3.2 钢板的厚度对反射系数的影响
• 3.4 测量参数对反射系数的影响
• 3.4.1 声源与钢板距离不同对反射系数的影响
• 3.4.2 声源的类型不同对反射系数的影响
• 3.4.3 多声源组合情况对反射系数的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 水下弹性钢板入射和散射声场波数域分析
• 4.1 入射场和反射场波数域的基本关系式
• 4.2 钢板的结构参数变化对波数谱和角度谱的影响
• 4.2.1 不同频率下钢板的波数谱和角度谱
• 4.2.2 不同尺寸钢板的波数谱和角度谱
• 4.2.3 不同厚度钢板的波数谱和角度谱
• 4.3 测量参数变化对波数谱和角度谱的影响
• 4.3.1 声源与钢板距离不同对波数谱和角度谱的影响
• 4.3.2 不同声源类型对波数谱和角度谱的影响
• 4.3.3 多声源组合情况对波数谱和角度谱的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验测量
• 5.1 测量系统与实验方案
• 5.2 数据处理与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢