随着现代化进程的推进,陆地化石能源逐渐趋于枯竭,为谋求人类社会的持续发展,人类探索的步伐逐渐向海洋迈进。由于海洋环境的复杂性,导致人类对海洋的认知远小于对其他领域的了解。海洋深处极有可能蕴藏着丰富的资源,具有极大的开发潜力。目前人类已经探明海洋中分布着丰富的可燃冰资源,其资源量大约是目前世界已探明传统化石能源碳总量的2倍。极地区域由于常年累月被冰层覆盖,更加激发了人类探索的热情。随着极地航线的陆续开辟以及造船技术和探测技术的不断成熟,我国已经基本具备对极地区域海底资源进行勘探的条件,近年来极地海洋物探工作逐渐提上日程。物探船是开展海洋地质物探工作必不可少的工具,其主要是借助陆地地震勘探的技术,利用船上震源枪阵在海水中释放高压空气作为地震源进行地质勘探。在民用船舶设计建造过程中通常不考虑水下辐射噪声的作用,但是对于物探船来说,由于其工作性质特殊,过大的水下辐射噪声会干扰物探船自身的工作,从而影响所采集数据的品质和探测的精度。因此必须考虑水下辐射噪声对物探船工作的影响,对物探船作业时产生的水下辐射噪声进行预报具有重要的工程意义。本文主要考虑浮冰与物探组件的相互作用,对二者碰撞产生的冰致噪声进行预报。采用实验探究与数值模拟相结合的方法对冰致噪声进行预报。首先在消声水池环境下开展冰致噪声实验分析;然后根据浮冰和物探组件的几何参数信息建立二者的物理模型;随后采用非线性有限元结合边界元方法,计算得到二者碰撞产生的水下辐射噪声;最后将实验结果与数值计算结果进行对比,验证了计算结果的可靠性。本文的具体工作如下:1.根据船舶作业工况特点,设计合理的实验方案,应用水声测试系统一台、水听器若干以及电荷放大器一台在消声水池中开展冰致噪声实验,测量得到浮冰撞击作用下物探组件瞬态的水下辐射噪声信号,并通过傅里叶变换将时域的声压信号转换到频域以便于分析。2.根据实验中浮冰的几何参数信息,应用三维建模软件Solidworks建立浮冰以及物探组件的几何模型。随后采用非线性有限元方法,应用专业有限元分析软件ABAQUS计算得到浮冰撞击作用下物探组件表面瞬时的结构响应。提取若干特征点的瞬态位移响应曲线进行分析,发现结构受到撞击后发生变形,且以撞击方向的变形为主;远离撞击位置节点开始出现响应的时间滞后于靠近撞击位置节点出现响应的时间,这是由于波传播需要一定时间;靠近撞击点附近节点的位移响应幅值明显大于远离撞击点附近节点,这是由于波在传播过程中其振幅是不断减小的。3.采用边界元方法,应用LMS Virtual.Lab的声学分析功能计算了冰致噪声的水下辐射噪声特性。采用无反射边界条件(不考虑自由液面的作用),将有限元法计算得到的结构表面瞬态的位移响应作为声学边界条件,计算得到不考虑自由液面状况下的辐射噪声特性。并将仿真计算结果与实验结果作对比,选取相同位置特征点的声压(dB)进行对比,发现二者声压曲线趋势基本一致,声压有效值误差在10%以内,可见仿真计算结果与实验结果比较吻合,证明了仿真结果的可靠性。4.为了考虑海平面对水下辐射噪声的影响,同样采取边界元方法,在计算时采用声压为零的反对称平面来模拟自由液面,计算得到考虑海平面影响下冰致噪声的水下辐射噪声特性,为了查看水下辐射噪声声压在水平方向上的分布情况,在物探组件中纵剖面所在平面建立场点网格,并分析了场点声压随距离的变化规律。