准周期加隔板有限长圆柱壳声散射-OpenRepositoryofNational.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 2 (2013) 024301 准周期加隔板有限长圆柱壳声散射* † 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5 月30 日收到; 2012 年6 月27 日收到修改稿) 研究准周期加隔板有限长圆柱壳在水中的声散射特性, 隔板位置存在小的随机偏差. 首先给出理论推导, 通过 计算周期加隔板情况验证理论公式的正确性. 然后以角度- 频率谱形式给出准周期加隔板圆柱壳声散射计算结果. 计算表明隔板的准周期性导致Bloch-Floquet 弯曲波和散射声场背景出现扩散和增强现象, 而近乎平行于横轴的由 隔板共振引起的亮条纹被散射声场背景所掩盖. 最后讨论了随机因子、隔板个数以及隔板间距对Bragg 散射的影 响. 计算表明随机因子越大Bragg 散射条纹的频率范围越宽扩散越明显, 隔板个数越多Bragg 散射条纹的频率范围 越窄能量越集中, 隔板间距变大时Bragg 散射条纹增多而且越高阶次的Bragg 散射条纹扩散越严重. 根据Bragg 散 射的几何特征导出的近似估算公式可以较准确预报Bragg 散射在频谱图上的位置, 也可以大致预报隔板准周期排列 时Bragg 散射的扩散现象. 关键词: 准周期加隔板, Bragg 散射扩散, Bloch-Floquet 波扩散 PACS: 43.20.+g, 43.30.+m DOI: 10.7498/aps.62.024301 曲波, 前者属于几何回波后者属于弹性波. Douglas 1 引言 对准周期加肋平板进行了一系列研究3−5 , 计算表 明当肋骨准周期排列时, 散射声场的背景与Bloch 水下潜器在海洋技术的各个领域有广泛的应 波都会出现扩散与增强作用, 并且当肋骨排列的 用. 水下潜器的主体结构一般可以近似为圆柱壳体, 随机因子很大时两者混叠在一起, 并指出这是由 6 所以国内外很多学者对圆柱壳内部含有不同子结 于Anderson 局限性 引起的. Tran-Van-Nhieu 在 构的辐射和散射问题进行了很多研究. 主要关注的 有限长周期加小环肋圆柱壳声散射的基础上推导 7 是圆柱壳内部横向周期或准周期加载小环肋的情 了有限长准周期加小环肋圆柱壳的散射声场 . 况, 而对于周期或准周期加载隔板研究很少. 这里 通过远场散射声场的角度-频率谱可以看出低阶次 所说的“准周期性” 是指肋骨或隔板原则上按周期 的Bloch-Floquet 波影响区域变大条纹变宽, 而高 性布置, 但是由于结构和工艺上的原因, 实际位置 阶次的Bloch-Floquet 波衰减很快甚至淹没于背景 与准确位置存在小的随机偏差. 这种现象在实际情 噪声中. 况中经常发生. 对于圆柱壳内部加载其他子结构国外学者也 Tran-Van-Nhieu 对水中有限长内部真空周期性 做了很多研究, Guo8 计算了内部真空加载弹簧振 加小环肋圆柱壳声散射进行了很多理论与实验研 子的圆柱壳散射声场,