水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

水下圆柱壳低频声辐射特性及有源控制

丁少虎;陈克安;李双

【摘要】The radiation characteristics of a submerged finite cylindrical shell at low frequencies were investigated based on its vibration modes and acoustic radiation modes.The contribution of each circumferential vibration mode to the radiated sound was observed.Then,under a certain circumferential mode,axial vibration modes were divided into an axial odd-mode group and an axial even-mode group,and the correspondance relationships between each vibration mode group and acoustic radiation modes at low frequency were inspected.The results show that at low frequencies,only the first few circumferential vibration modes contribute to the sound power radiated from a submerged finite cylindrical shell excited by radial point forces;under a certain circumferential mode,the sound power radiated by the odd (even)axial vibration modes group corresponds to the acoustic radiation mode with the same circumferential mode and even (odd) axial modes.The sound power radiated from a submerged finite cylindrical shell can be restrained by controlling the sound power of the dominant radiation modes.%利用振动模态及声辐射模态分析水下有限长圆柱壳低频模态辐射特性。计算各阶周向振动模态对辐射声功率贡献；将各阶周向模态下轴向振动模态分为奇、偶模态组，分析低频范围内振动模态组与声辐射模态对应关系；以主导声辐射模态声功率为目标函数对水下有限长圆柱壳低频声辐射进行有源控制。结果表明，低频范围内水下简支圆柱壳受径向点力激励时，仅前几阶周向振动模态对辐射声功率有贡献；同一周向振动模态下轴向为奇（偶）振动模态组产生

的声功率与具有相同周向阶数而轴向为偶（奇）声辐射模态产生的声功率对应。通过控制前几阶主导声辐射模态即可完成对水下有限长壳体低频辐射噪声抑制。

【期刊名称】《振动与冲击》

【年(卷),期】2015(000)020

【总页数】6页(P185-190)

【关键词】水下圆柱壳;振动模态;声辐射模态;有源控制

【作者】丁少虎;陈克安;李双

【作者单位】西北工业大学航海学院，西安 710072; 北方民族大学机电工程学院，银川 750021;西北工业大学航海学院，西安 710072;苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州 215006

【正文语种】中文

【中图分类】TB533

第一作者丁少虎男，博士，讲师，1980年生

通信作者李双男，副教授，1976年生

Key words:submerged cylindrical shell; vibration mode; acoustic radiation mode; active control

水下结构噪声源于壳内部机械设备激励壳体振动，从而向流体介质辐射噪声。在控制或降低辐射噪声前需进行结构振动辐射特性研究。圆柱壳作为潜艇、鱼雷及舱段的主要结构形式，对其在流体负载时的声-振特性进行研究具有重要理论价值及实

际意义。对振动辐射低频噪声，结构声有源控制

[1](Active Structural Acoustic Control，ASAC)能取得较好效果，关键

及难点在于次级力源布放及控制策略(目标函数)选取, 即使在实验室中次级力源布放及优化难度亦相当大

[2]，而通过确定结构声功率的低频模态特性可为水下结构振-声响应主、被动控制提供高效手段

[3]。

结构振动模态与声辐射模态分析是研究结构声辐射两种不同方法

[4]，但结构各阶振动模态的声辐射并非独立，即相互间存在耦合

[5]，致采用振动模态进行结构声辐射分析困难。自从Borgiotti

[6]提出声辐射模态理论后，此方法很快用于声功率计算及结构外部声场特性分析

[7-9]。声辐射模态方法实质为形成一组相互独立的表面速度分布，对辐射声功率有贡献且彼此独立，因而广泛用于结构振动声辐射分析及控制，尤其结构声有源控制

[10-15]。

作为一种表达方式，声辐射模态并不表示实际振动模态，却能有效将振动模态集中到一起。因此研究结构声辐射模态可直接获得结构振动对声辐射的贡献

[16]。文献[9]基于辐射声功率的二次型表达式，采用Rayleigh积分及数值法对板与加肋板振动声辐射分别进行振动及声辐射模态分析研究；文献[12]通过研究板结构振动模态与声辐射模态的对应关系给出主导声辐射模态概念，并用于平板结构声有源控制。然而，关于模态分析研究大多针对平板结构，对壳类结构研究较少。姜哲

[17]针对球形声源、旋转体声源及立方体声源给出声辐射模态与声场分布