【摘要】： 共振聲譜法是測(cè)量海水聲速的一種基本的、不太成熟且具有發(fā)展前景的測(cè)量方法。本文針對(duì)共振聲譜法測(cè)量海水聲速中所存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討,率先引入有限元法對(duì)共振聲譜法測(cè)量海水聲速的關(guān)鍵問題進(jìn)行數(shù)值仿真分析,首次提出流固耦合效應(yīng)對(duì)聲速測(cè)量精度的影響。本文首先建立圓柱體諧振腔的數(shù)學(xué)模型并從波動(dòng)理論出發(fā),利用分離變量法,建立空腔的聲壓解析式,從而得到空腔體的共振頻率表達(dá)式,然后通過SYSNOISE建立了諧振腔體的有限元流體模型,并對(duì)其進(jìn)行了聲模態(tài)分析,得到腔體的諧振頻率,結(jié)果表明仿真得到的諧振頻率與理論推導(dǎo)得到的諧振頻率完全吻合。然后建立起腔體的有限元結(jié)構(gòu)模型,利用MSC.NASTRAN對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析,并在SYSNOISE中建立起結(jié)構(gòu)和流體的耦合模型并進(jìn)行模態(tài)分析,得到耦合后的諧振頻率,從而分析了耦合效應(yīng)對(duì)圓柱體諧振腔共振頻率的影響。在進(jìn)行模態(tài)分析的基礎(chǔ)上計(jì)算了信號(hào)源激勵(lì)下諧振腔體的內(nèi)部聲場(chǎng),得到了內(nèi)部接收點(diǎn)的聲壓頻譜圖。本文還研究了不同尺寸的共振腔的耦合模態(tài),研究其對(duì)共振聲譜法測(cè)量海水聲速的精度的影響,并給出數(shù)值模擬結(jié)果和討論,從而為實(shí)際選擇諧振腔提供指導(dǎo)意見。最后設(shè)計(jì)了共振聲譜法測(cè)量海水聲速的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。此外,本文還建立了包含單個(gè)大顆粒的懸浮物的諧振腔有限元模型,通過仿真分析發(fā)現(xiàn)懸浮顆粒的存在對(duì)諧振頻率影響很小。 因此,采用共振聲譜法測(cè)量海水聲速時(shí),主要的誤差來源之一是共振腔的流固耦合效應(yīng),其與共振腔的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料屬性緊密相關(guān),這一結(jié)論對(duì)于海水聲速測(cè)量的研究意義非常重大。
【圖文】：

圖 2.2 圓柱體諧振腔示意圖模型的建立處理軟件 HYPERMESH 中對(duì)腔體中的海水的面網(wǎng)格，網(wǎng)格類型為四邊形和三角形混合下端蓋的面網(wǎng)格形成如圖 2.3 所示的聲學(xué)體網(wǎng)

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文圖 2.2 圓柱體諧振腔示意圖2.3.2 腔體有限元模型的建立在通用有限元前處理軟件 HYPERMESH 中對(duì)腔體中的海水介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，首先劃分下端蓋的面網(wǎng)格，網(wǎng)格類型為四邊形和三角形混合網(wǎng)格，以四邊形為主。然后通過拉伸下端蓋的面網(wǎng)格形成如圖 2.3 所示的聲學(xué)體網(wǎng)格。圖 2.3 聲學(xué)體網(wǎng)格及剖面圖2.3.3 聲模態(tài)求解在 SYSNOISE 中計(jì)算聲學(xué)模態(tài)，必須使用 FEM Fluid(有限元流體)模型。通過NASTRAN 接口導(dǎo)入腔體聲場(chǎng)有限元模型，定義好材料屬性，即流體中的聲速為1500m/s，密度為 1030kg/m3，，然后采用 block lanczos 法(即分塊蘭索斯)進(jìn)行求解。第 14 頁(yè)
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：P733.2

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本文編號(hào)：2645174