水下复杂声学覆盖层声学和材料参数反演方法研究

During the acoustic radiation prediction of the underwater structure with acoustic coating and the estimation of acoustic coating noise reduction performance, the acoustic and material parameters are very important input parameters. However, the sound radiation prediction values and the actual measurement values are very different when using the complex coating performance measured by existing methods. In the analytical or numerical calculation of the acoustic coating with complex structure, the physical model is difficult to be established, the calculation amount is huge, and the convergence is poor. In view of the underwater structure acoustic radiation prediction and the estimation of acoustic coating noise reduction performance, an inversion method for acoustic coating parameters based on displacement matching is presented. The physical models of the flat structure and single-layer cylindrical shell structure will be used to invert equivalent parameters of the underwater complex acoustic coating in both air and water. The feasibility of equivalent parameter applied to predict the sound radiation will be verified. And then, the applicability of this method will be analyzed by the actual measurement results. The measurement could be on the coating and structure coupling condition, and in the various temperature and pressure conditions. And more, when using the equivalent parameter which is inverted by displacement matching to predict the structure acoustic radiation, the coating physical model could be equivalent uniform, the calculation amount and convergence will be great optimized, so that this inversion method has a good application prospect.

在进行敷设声学覆盖层的水下结构声辐射预报及覆盖层降噪性能评估时，覆盖层的声学与材料参数是十分重要的输入参数。然而，现有复杂声学覆盖层性能测试结果应用于声辐射预报时，预报值与实际测量值相差较大。而且针对具有复杂结构的声学覆盖层进行解析和数值计算时建模难度大，计算量大，收敛性较差。本项目针对水下结构噪声预报及声学覆盖层降噪性能评估问题，提出了一种基于位移匹配的声学覆盖层参数反演方法。项目中将以平板结构及单层圆柱壳体结构为物理模型，进行空气中及水中复杂声学覆盖层等效参数匹配反演，验证等效参数应用于声辐射预报的可行性，通过实际测量试验对这种方法的适用性进行分析。这种方法不仅可以体现覆盖层与结构之间的耦合作用，还可以在变温变压环境下进行测试。而且在利用位移匹配得到的等效参数进行结构声辐射预报时，可以采用等效均匀覆盖层建模方式，这对数值计算的计算量及收敛性都将起到很好的优化作用，具有很好的应用前景。

在进行敷设声学覆盖层的水下结构声辐射预报及覆盖层降噪性能评估时，覆盖层的声学与材料参数是十分重要的输入参数。然而，现有复杂声学覆盖层性能测试结果应用于声辐射预报时，预报值与实际测量值相差较大。而且针对具有复杂结构的声学覆盖层进行解析和数值计算时建模难度大，计算量大，收敛性较差。.本项目主要针对水下航行器声辐射预报过程中的覆盖层材料参数输入问题，采用有限元与边界元结合的方法，开展了基于振速测量结果的覆盖层材料参数匹配反演方法研究。提出了等效参数建模方法以及复杂声学覆盖层等效材料参数反演方法；以平板结构和单层圆柱壳体结构为研究对象，进行了数值仿真分析与实验测试，验证了这种基于模型振速的覆盖层等效材料参数反演方法的可行性与有效性，以及基于空气中平板模型振动反演得到的等效材料参数用于圆柱壳模型声辐射预报的可行性。.本项目的研究成果主要可以用于水下声学覆盖层的材料参数获取，并将应用于水下结构振动及声辐射监测预报方面。所提出的均方振速匹配方法和节点振速匹配方法为水下覆盖层材料参数获取提供了一种新的技术手段，这种方法不仅可以体现覆盖层与结构之间的耦合作用，还可以在变温变压环境下进行测试。而且在利用振速匹配得到的等效参数进行结构声辐射预报时，可以采用等效均匀覆盖层建模方式，这对数值计算的计算量及收敛性都将起到很好的优化作用，具有很好的应用前景。