弹性薄板的近域声场特性研究

论文摘要

矢量水听器作为一种新型水声测量设备,广泛应用于信号检测、目标识别等水声领域。当矢量水听器应用于各种水下平台时,安装平台的散射声场严重影响了矢量水听器的工作环境。为拓宽矢量水听器的适用范围,本文对弹性薄板近域声场的各个声学量进行研究。本文进行的主要工作有：（1）应用波动方程,结合相应的边界条件对Rayleigh波、Stoneley波及Love波进行了定性分析,并推导了低频声波激励下薄板波导中Lamb波和类Lamb波的频散方程；（2）对置于流体中的无限大弹性薄板进行建模,分别研究了薄板的弯曲振动阻抗、薄板自由振动时周围流体中声场的传播特性、薄板受平面波激励时周围流体中声场的传播特性；（3）对置于流体中无限大弹性薄板的反射系数进行了研究；推导了薄板近域声场中各个声学量的响应函数,并利用Matlab进行了相应的仿真；（4）应用数值方法（FEM+BEM）得出了有限弹性薄板近域总声场、散射声场中各个声学量的空间分布,并进一步对离弹性薄板几何中心特定距离处的声压、振速和声强等参量与入射声源角度的关系进行分析。（5）最后为验证无限大弹性薄板的理论,在消声水池中进行了相应的实验,实验结果较好的吻合理论值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 矢量声场研究概况
• 1.2.1 自由空间中矢量声场的研究概述
• 1.2.2 边界条件下矢量声场的研究概述
• 1.3 散射声场的计算方法概述
• 1.3.1 散射声场数值解法的研究概述
• 1.3.2 散射声场解析解法的研究概述
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 无限大弹性薄板近域声场的特性研究
• 2.1 声波的波动方程
• 2.1.1 理想流体中的波动方程
• 2.1.2 固体中的波动方程
• 2.1.3 声场计算的边界条件研究
• 2.2 薄板振动的低频近似理论
• 2.2.1 各种常见声波的定性研究
• 2.2.2 弹性薄板中的Lamb波研究
• 2.2.3 受低频声波激励的薄板振动特性分析
• 2.3 无限大弹性薄板的弯曲振动特性研究
• 2.3.1 弯曲振动、纵振动的阻抗特性研究
• 2.3.2 无限大薄板自由振动时的近域声场特性研究
• 2.3.3 平面波激励薄板时的声散射特性研究
• 2.4 基于弹性理论的弹性薄板近域声场计算
• 2.4.1 弹性薄板近域声场的各个声学量推导
• 2.4.2 弹性薄板近域声场的各个声学量仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于FEM+BEM的近域声场特性研究
• 3.1 有限元的理论基础
• 3.1.1 固体有限元方程的推导
• 3.1.2 流体有限元方程的推导
• 3.2 边界元的理论基础
• 3.3 结构和流体耦合方程的理论推导
• 3.3.1 流体直接边界元+结构有限元的理论推导
• 3.3.2 流体间接边界元+结构有限元的理论推导
• 3.4 FEM+BEM法对有限弹性薄板近域声场的研究
• 3.4.1 有限弹性薄板近域声场的空间分布特性研究
• 3.4.2 有限弹性薄板近域声场特定接收点的声学量研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 消声水池试验
• 4.1 实验概况
• 4.2 数据处理分析
• 4.2.1 矢量水听器性能测试
• 4.2.2 信号采集及其处理过程
• 4.2.3 实验数据处理及分析
• 4.3 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