水下开口弹性空腔声模态特性分析研究

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  本文以水下亥姆霍兹空腔为研究对象,采用理论分析和数值仿真相结合的研究手段,对水下空腔腔口剪切自持振荡、共振发声等机理进行了详尽研究。论文介绍了考虑弹性腔壁影响时计算空腔声学模态的声学有限元理论,计算空腔内流噪声的大涡模拟理论以及声学类比理论。研究了空腔结构为弹性,声传播介质为静止水介质时亥姆霍兹共振腔的声模态特性。基于声-电类比理论建立了水下空腔的集总参数模型,获得空腔的一阶声固耦合共振频率理论计算经验公式。并利用声学有限元软件,计算空腔结构的声固耦合共振模态。经验公式解析解与有限元仿真结果吻合良好,相互验证了计算方法的正确性。进而研究了空腔腔壁弹性部位和弹性大小对空腔声模态的影响规律。研究了空腔结构为刚性,传播介质为流动水介质时水下亥姆霍兹共振器空腔结构的流噪声特性。基于混合CFD数值方法计算了空腔流激噪声,通过涡量云图,分析了空腔剪切自持振荡机理。并通过监测点上的声压频谱曲线分析了各峰值频率的产生原因。
  最后考虑空腔结构为弹性,介质为流动水介质时,通过在声固耦合模型中导入流场声源,计算了空腔中各数据点上的声压响应频谱曲线。与刚性共振器进行对比,分析曲线中出现的各峰值频率的成因,以及弹性腔壁和流动水介质对各峰值频率噪声的影响。并分析了腔壁厚度对共振频率的影响规律,得到了水下开口空腔中控制弹性共振的一些方法。
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