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水下航行体及附体的形状及材料特性对声目标强度影响的仿真研究

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1 绪论

1.1 研究的背景、目的、意义

1.2 声散射的基本概念

1.3 声散射问题的常用的研究方法

1.4 国内外研究现状

1.5 本文的主要工作

2 声学计算理论和方法

2.1 声学基本概念

2.2 声学边界元理论

2.3 MSC.Patran和LMS Virtual.Lab简介

2.4 计算分析基本流程

2.5 本章小结

3 简单目标的声散射特性分析

3.1 水下刚性不动球体的散射声场

3.2 水下单层球壳的声散射场

3.3 弹性球壳厚度对声目标强度影响研究

3.4 本章小结

4 水下舵结构的声散射特性

4.1 声学有限元法和自动匹配吸收边界层技术

4.2 FEM-AML方法的计算验证

4.3 水下舵结构的声散射特性分析

4.4 本章小结

5 潜艇模型的低频声散射场

5.1 BeTSSi-Sub简介

5.2 BeTSSi-Sub的低频声散射场计算

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究内容总结

6.2 今后工作展望

致谢

参考文献

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摘要

水下目标的声散射特性研究不仅是船舶与海洋工程学科领域的重点研究的理论课题,而且在实际工程中也具有广泛的应用背景,对水下目标探测和识别,反声隐身和海洋开发等有着十分重要的意义。随着科学技术的快速发展,对减小水下航行体的声目标强度的要求也越来越高。本文主要应用商业声学分析软件LMS Virtual.Lab,基于声学有限元和声学边界元理论,研究水下航行体及附体的形状和材料特性对声目标强度的影响。
  本文首先计算了刚性球和弹性球壳的声目标强度,并将计算结果与Rayleigh级数解析解进行了对比,结果显示,无论是刚性球还是弹性球壳,采用LMS Virtual.Lab软件预报水下简单形状目标的声目标强度都能得到比较精确的结果。然后采用声学有限元法计算了钢质舵和复合材料舵的声散射特性,计算了两者的声目标强度,通过对比发现,复合材料舵具有更优越的声学特性。最后采用声学边界元法探究了刚性 BeTSSi-Sub和弹性 BeTSSi-Sub的全向散射特性,对比发现,刚性 BeTSSi-Sub的目标强度大于弹性BeTSSi-Sub的目标强度。通过对形状不同弹性的BeTSSi-Sub的目标强度对比发现,在低频段潜艇尾舵对潜艇目标强度的影响比上层建筑的影响大。
  通过研究发现,采用 LMS Virtual.Lab分析水下目标声散射特性具有计算时间短,精度高,结果可视化等优点。

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