圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法及装置与流程

本发明涉及一种计算方法及装置，尤其是一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法及装置。

背景技术：

1、圆柱形是水下航行体和机身常见主体结构的形状。圆柱形的主体结构受到激励会产生振动并向外辐射声，辐射效率是主体结构的振动声辐射中联系振动和声辐射的重要参数，工程问题中，只要得到主体结构的振动特性和辐射效率，就可以评估其声辐射特性。

2、目前，对圆柱形主体结构的模态辐射效率，多采用基于波数域积分方法进行求解。利用波数域积分方法求解时，会涉及波数域截断问题，实际应用中，波数区间的选取是一个问题。

3、因此，如何有效实现对圆柱形结构模态辐射效率计算是目前急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法及装置，其可有效实现对圆柱形结构模态辐射效率进行计算，提高模态辐射效率计算的便捷性。

2、按照本发明提供的技术方案，一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，所述模态辐射效率的计算方法包括：

3、提供待计算模态辐射效率的圆柱形主体结构，并获取所述圆柱形主体结构的模态函数；

4、基于所述圆柱形主体结构的模态函数，确定圆柱形主体结构的结构径向振速；

5、基于所述结构径向振速，确定所述圆柱形主体结构的空间均方振速、远场辐射声压以及辐射声功率；

6、基于圆柱形主体结构的空间均方振速、远场辐射声压以及辐射声功率，采用空间积分方法计算所述圆柱形主体结构的模态辐射效率。

7、对圆柱形主体结构的模态函数，则有：

8、φmn(z,φ)＝φm(z)φn(φ)

9、其中，φmn(z,φ)为圆柱形主体结构的模态函数，m、n均为模态编号，z为圆柱形主体结构的表面轴向坐标，φ为圆柱形主体结构的周向坐标，φm(z)为圆柱形主体结构的轴向模态函数，φn(φ)为圆柱形主体结构的周向模态函数。

10、对圆柱形主体结构的结构径向振速，则有：

11、v(z,φ)＝vnmφmn(z,φ)

12、其中，v(z,φ)为圆柱形主体结构的结构径向振速，vnm为圆柱形主体结构的模态振速幅值。

13、对圆柱形主体结构的空间均方振速，则有：

14、

15、其中，|v|2为空间均方振速。

16、对圆柱形主体结构的远场辐射声压，则有：

17、

18、其中，p(r,θ,φ)为远场辐射声压，(r,θ,φ)为场点坐标，ρ为声介质的密度，c为声介质的声速，a为圆柱形主体结构的半径，l为圆柱形主体结构中的柱体长度，f为角频率，θ为方位角。

19、对圆柱形主体结构的辐射声功率，则有：

20、

21、其中，prad为辐射声功率。

22、对圆柱形主体结构的模态辐射效率，则有：

23、

24、其中，σ为模态辐射效率，s为圆柱形主体结构的表面积，s＝2πal。

25、对圆柱形主体结构的轴向模态函数φm(z)，配置为对圆柱形主体结构的周向模态函数φn(φ)，配置为φn(φ)＝cosnφ。

26、对圆柱形主体结构，还包括圆柱形主体结构两端的艏尾结构，其中，

27、在对圆柱形主体结构的模态辐射效率计算时，将艏尾结构作为刚性障板处理。

28、一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算装置，包括模态辐射效率计算器，其中，

29、对任一圆柱形主体结构，模态辐射效率计算器采用上述的方法进行模态辐射效率计算。

30、本发明的优点：在模态辐射效率计算时，计算方法步骤清晰、操作简便快捷，可以方便准确获得圆柱形结构主体的模态辐射效率，可用于圆柱形结构主体的声辐射特性评估，即可有效实现对圆柱形结构模态辐射效率进行计算，提高模态辐射效率计算的便捷性，从而可以指导水下航行体等以圆柱为主体构型的结构声学设计。

技术特征：

1.一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，所述模态辐射效率的计算方法包括：

2.根据权利要求1所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的模态函数，则有：

3.根据权利要求2所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的结构径向振速，则有：

4.根据权利要求3所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的空间均方振速，则有：

5.根据权利要求3所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的远场辐射声压，则有：

6.根据权利要求5所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的辐射声功率，则有：

7.根据权利要求6所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的模态辐射效率，则有：

8.根据权利要求2至7任一项所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构的轴向模态函数φm(z)，配置为对圆柱形主体结构的周向模态函数φn(φ)，配置为φn(φ)＝cosnφ。

9.根据权利要求1至7任一项所述圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法，其特征是，对圆柱形主体结构，还包括圆柱形主体结构两端的艏尾结构，其中，

10.一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算装置，其特征是，包括模态辐射效率计算器，其中，

技术总结
本发明涉及一种圆柱形主体结构模态辐射效率计算方法及装置。其包括：提供待计算模态辐射效率的圆柱形主体结构，并获取所述圆柱形主体结构的模态函数；基于所述圆柱形主体结构的模态函数，确定圆柱形主体结构的结构径向振速；基于所述结构径向振速，确定所述圆柱形主体结构的空间均方振速、远场辐射声压以及辐射声功率；基于圆柱形主体结构的空间均方振速、远场辐射声压以及辐射声功率，采用空间积分方法计算所述圆柱形主体结构的模态辐射效率。本发明可有效实现对圆柱形结构模态辐射效率进行计算，提高模态辐射效率计算的便捷性。

技术研发人员：朱正道
受保护的技术使用者：深海技术科学太湖实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12