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三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法

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钱治文, 商德江, 孙启航, 何元安, 翟京生. 2019: 三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法, 物理学报, 68(2): 139-152. doi: 10.7498/aps.68.20181452
引用本文: 钱治文, 商德江, 孙启航, 何元安, 翟京生. 2019: 三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法, 物理学报, 68(2): 139-152. doi: 10.7498/aps.68.20181452
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Qian Zhi-Wen, Shang De-Jiang, Sun Qi-Hang, He Yuan-An, Zhai Jing-Sheng. 2019: Acoustic radiation from a cylinder in shallow water by finite element-parabolic equation method, Acta Physica Sinica, 68(2): 139-152. doi: 10.7498/aps.68.20181452
Citation: Qian Zhi-Wen, Shang De-Jiang, Sun Qi-Hang, He Yuan-An, Zhai Jing-Sheng. 2019: Acoustic radiation from a cylinder in shallow water by finite element-parabolic equation method, Acta Physica Sinica, 68(2): 139-152. doi: 10.7498/aps.68.20181452
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三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法

  • 天津大学海洋科学与技术学院,天津,300072

  • 哈尔滨工程大学水声工程学院,哈尔滨,150001

  • 中国船舶工业系统工程研究院,北京,100036

Acoustic radiation from a cylinder in shallow water by finite element-parabolic equation method

  • 摘要: 利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.
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出版历程
  • 刊出日期:  2019-01-01

三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法

  • 天津大学海洋科学与技术学院,天津,300072
  • 哈尔滨工程大学水声工程学院,哈尔滨,150001
  • 中国船舶工业系统工程研究院,北京,100036

摘要: 利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.

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