周期性加隔板有限长圆柱壳声散射-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 21 (2012) 214301 周周周期期期性性性加加加隔隔隔板板板有有有限限限长长长圆圆圆柱柱柱壳壳壳声声声散散散射射射* † 潘安 范军 卓琳凯 ( 上海交通大学海洋工程国家重点实验室, 上海 200240 ) ( 2012 年2 月22 日收到; 2012 年5 月10 日收到修改稿) 研究内部真空周期性加隔板圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述, 隔板振 动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述. 考虑轴向、切向、径向三个方向的力和弯 矩共同作用导出了散射声场的解析表达式 数值计算给出远场收发合置情况下的角度频率谱图 并据此进行机 . - , 理分析. 通过与内部周期性加环肋圆柱壳声散射的角度-频率谱图比较发现, 除周期加肋产生的Bragg 散射波与弯 曲Bloch-Floquet 波外, 加隔板的情况还存在明显的隔板共振亮线, 并且发生隔板共振与壳体弹性波、Bragg 散射 波、弯曲Bloch-Floquet 波耦合的现象. 通过实验对理论进行了验证, 在实验的频率范围内, Bragg 散射亮线与理论符 合得很好, 部分Bloch-Floquet 波散射亮线和隔板共振散射亮线也与理论符合. 关键词: Bragg 散射波, Bloch-Floquet 波 PACS: 43.20.+g, 43.30.+m 横附近壳体的剪切波与纵波外, 在其他大部分角度 1 引言 范围内出现了几何的Bragg 散射和弹性的Bloch- Floquet 弯曲波散射. 理论方面, 应用近似频散曲 由于水下潜器的基本结构大多可以简化成多 线对共振谱线进行预报, 在低频和高频与实验结 舱段的加肋圆柱壳, 所以水下多舱段加肋圆柱壳 果符合较好, 但中频有所偏差. Douglas 等怀疑是 的声散射是国内外研究的热点问题. 以往的研究 肋骨对Bloch-Floquet 弯曲波的反射作用产生了快 主要集中在加环肋圆柱壳的声散射, 较少涉及有 速的相位跳变, 扰乱了弯曲Bloch-Floquet 波的频 隔板或舱壁板圆柱壳的声散射. 隔板或舱壁板与 散关系或者在中频弯曲波与纵波发生耦合的结果. 环肋有很大不同, 其刚度较大, 振动比较复杂, 对 Tran-Van-Nhieu 对有限长周期加小肋骨圆柱壳的 声散射的作用不可忽略. Guo 研究过加单个舱 声散射问题给出了理论推导, 壳体振动用的是薄 壁板的无限长圆柱壳声散射, 指出舱壁板的轴向 壳理论Donnell 方程, 但是把肋骨考虑成弯曲的梁 力与切向力主要在壳体的剪切波与纵波共振频点 并且只考虑了径向力, 所以肋骨振动的描述应用 处对散射声场起作用, 而弯矩的影响远远小于其 的是弯曲梁的振动方程, 在理论计算中所采用的 他三个方向的力. Cushieri 和Feit , 计算了无限 模型参数与Douglas 等实验的模型完全一致, 理论 长加单舱壁板和对称加两个舱壁板圆柱壳的声散 与实验在低频与高频符合较好, 而中频有所偏差. 射问题, 除加两个舱