水下复合材料舵结构的声目标强度特性仿真.pdf

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1、第44卷第4期船海工程V01．44No．42015年8月SHIP＆0CEANENGINEERINGAug．2015DOI：10．3963／j．issn．1671·7953．2015．04．006水下复合材料舵结构的声目标强度特性仿真李耀飞h。李威，李骏h，魏克难h，尤小健(1．华中科技大学a．船舶与海洋工程学院，武汉430074Ib．船舶与海洋水动力湖北省重点实验室，武汉430074；2．武汉第二船舶设计研究所，武汉430064)摘要：基于声学有限元理论，结合自动匹配吸收边界层技术，计算水下复合材料舵的声目标强度。结果表明，当声波频率较低时，复合材料舵的吸声效果并不明显，但随着频率的增高，

2、复合材料舵的声目标强度特性明显得到改善。关键词：声散射；目标强度；有限元；边界元中图分类号：U661．43文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)04-0021-04近年来随着随着数值计算方法在声学领域中标强度，从而提高整艇声隐身性能。文中采用声的不断发展与应用，已经产生了大量关于声目标学有限元法，借助商业软件MSC．Patran和LMS强度预报和探测的研究成果，如弹性圆柱声散Virtua1．Lab研究材料特性对水下典型舵结构的声射l1]、声散射新构造j、电磁波吸收的完美匹配目标强度的影响。层法和浅海声目标强度的测量等。1计算模型对于声目标强度的实验研究，P．A．Cooper

3、的团队通过一系列实验：海中声目标强度测量设备1．1声学有限元理论的探讨_5]、三维轴对称声目标强度仿真软件的比LMSViaua1．Lab中的声学有限元模块是基较和基于各向异性损耗映射的完美匹配吸收于声学有限元理论，其声学有限元法计算需要的层边界条件等，为这项研究做出了巨大贡献。声学网格是体网格。和声学边界元法一样，采用他们设计了一种潜艇目标强度测量设备，其核心声学有限元法解Helmhohz方程时，也是先要把计装置是一个由双体船之间的浮桥构成的移动测量算声场离散成一定数量的小声场，每个小声平台，利用这种设备可以准确地测量潜艇从3kHz场称为单元，单元之间通过节点相互首尾相连，单到80kHz各

4、个方位角主动声呐入射下的目标强元上节点的声压决定了每个单元内的声场，单元度，并证明了这种测量方式可以有效地降低潜艇内的任意点r处的声压可以描述为目标强度测量实验的成本和提高测量的效率。p(，)∑Ⅳ(，)·P=NT／(r)·p，r∈AlessandroGhiotto团队利用潜艇的导航系统和声呐浮标测量了在航行中的潜艇的目标强度，这种(1)方法能确保在负信噪比环境下潜艇目标强度的准vp=a·N·p=B。p(2)确测量，通过对比仿真结果，验证了其准确性。式中：n为单元的节点数，i为该单元的形函大量的试验仿真研究发现，降低潜艇舵数，单元类型不同，其表达式也不同，形函数表示单结构的声目标强度，可以显

5、著地降低整艇的声目元内任意一点的声压与该单元节点处的声压关系。对于Helmholtz方程，其在声场中的权重积分表达式为收稿日期：2014—12—02修回日期：2015—03—12f(Vp(x，y，)一k2p(x，，，，z)+基金项目：国家自然科学基金(40706019)；中央高校基本业务费资助(2013QN109)jp。toq(，Y，z))dV=0(3)第一作者简介：李耀飞(1989一)，男，硕士生通过数学变换推导可得研究方向：舰船总体(海洋结构物设计与制造)E-mail：1020322298@qq．com』cVp)dV-092f{一21李耀飞，等：水下复合材料舵结构的声目标强度特性仿真船

6、海工程第44卷式中：F——声学激励。J(Jp。·n)dlq(4)利用声学有限元法求解声场就是对式(12)式(4)中等号左边的第一项为进行求解。1．2自动匹配吸收边界层技术AMLf(·Vp)dV=f((·)·(B))dv=因为辐射场网格区域不能无限大，在用声学··p(5)有限元法处理外声场问题时一度出现困难。这里其中：×n刚度矩阵。采用自动匹配吸收边界层来处理无限域问题，式(4)中等号左边的第二项为即用辐射边界条件代替声学边界条件，将无限域中的计算转化为有限域中的计算，利用辐射边界fc：一z．{fcp：上的声学信息计算远场的声学信息。一09·M·P(6)自动匹配吸收边界层(AML)技术是由P

7、ML其中：n×n的质量矩阵。技术发展而来，两者的原理基本相同。但AML不式(4)中右边第一项为需要人工添加吸收层网格，只要画出声学有限元的声辐射边界，在有限元包络界面上定义AML属J^d=J^(JP。q)dV=·Q性，软件就能根据物理模型自动定义吸收层和吸(7)收系数，降低了工作量，提高了计算精度，而且效其中：Q——声源向量。率也比PML高得多。式(4)中等号右边第二项的积分边界可以边界条件处理方法的发展过程也是声学有限