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艦船在航行過(guò)程中會(huì )在其尾部留下一部分有特殊性質(zhì)的海水，即為艦船的尾流。艦船尾流與周?chē)Ｋ啾染哂泻芏嗒毺氐奈锢硖匦�，根據尾流所具有的不同的物理特性可以對尾流進(jìn)行分類(lèi)。聲波相較于電磁波、光波等在水下具有傳播速度快、傳播距離遠和衰減小的特點(diǎn)，使得聲波在水聲工程領(lǐng)域得到了廣泛的應用。艦船尾流與周?chē)乃蛳啾染哂歇毺氐穆晫W(xué)特性，通過(guò)相關(guān)聲學(xué)設備探測和檢測尾流，可以得到目標艦船的相關(guān)特性。分布在尾流中的氣泡半徑的大小、氣泡間距等對尾流的聲學(xué)特性起決定性作用。當入射聲波的頻率等于氣泡的諧振頻率時(shí)，氣泡對聲波的衰減最大，此時(shí)氣泡的目標特性最強。
通過(guò)分析氣泡在主動(dòng)入射聲波作用下的反射/散射特性，可以建立尾流中單個(gè)氣泡的薄球殼結構模型、根據氣泡的諧振頻率與氣泡半徑的大小、氣泡所處水下的深度有關(guān)，可以得到氣泡的相關(guān)材料屬性。有限元分析氣泡結構CAE分析模型，可以得到單個(gè)氣泡聲場(chǎng)的計算結果，為雙氣泡的有限元模型奠定了基礎。
尾流中的氣泡對于入射的聲波在水與空氣的分界而會(huì )產(chǎn)生反射和散射作用，且主要與氣泡的諧振頻率有關(guān)。通過(guò)對氣泡的研究發(fā)現，氣泡的諧振頻率主要由氣泡的半徑和所處水中的深度決定的。小氣泡與諧振腔類(lèi)似，可以把它看作一個(gè)彈性元件，根據其振動(dòng)原理的類(lèi)比電路，可以求出在受迫振動(dòng)下小氣泡的諧振頻率。
當入射聲波的頻率等于氣泡的諧振頻率時(shí)，通過(guò)界而聲波反射/散射定理，聲波可以穿透氣泡壁，并在氣泡內形成多階諧振，此時(shí)氣泡壁的位移最大。
以此建立尾流中單個(gè)氣泡的有限元結構模型，經(jīng)過(guò)有限元計算，得不同半徑氣泡的相關(guān)材料參數。尾流中氣泡大小的分布與海洋背景相似氣泡數密度比海洋背景中高，且氣泡之間的平均距離遠大于氣泡的半徑。用聲納測量以15 kn航速航行的驅逐艦產(chǎn)生尾流氣泡的分布規律，發(fā)現尾流中直徑為0.08-0.17 mm的氣泡數密度達5.98X10-6 kg/m3，比周?chē)Ｋ臍馀輸得芏雀?-2個(gè)數量級。利用激光全息技術(shù)研究表明，半徑在1015 gm之間，每1 gm半徑寬度對應氣泡數密度可達10個(gè)/m3。
通過(guò)以上分析，假設所取尾流模型體積為1 m3且為正方體形狀，按氣泡數密度大約為10個(gè)/m3，將模型等分為10個(gè)小正方體，而球殼氣泡位于小正方體的中心，則可得2個(gè)氣泡中心之間的距離為2X10-2m。由此可以建立尾流中2個(gè)氣泡的結構模型。
現在利用有限元的方法來(lái)分析雙氣泡模型。利用ANSYS建立雙空泡的結構模型。由分析可知，兩氣泡之間的平均距離為2X10-2 m，可以在點(diǎn)Q(-0.01, 0, 0)處設置局部坐標系，建立單個(gè)尾流中氣泡的薄球殼模型，設2個(gè)氣泡的半徑相等，為r=1.0X10-4 m，將整個(gè)模型關(guān)于：軸映射，得到2個(gè)氣泡的結構模型。為方便表示，將2個(gè)氣泡之間的距離縮短。
將建立的雙氣泡模型導入SYSNOISE中，利用有限元結構模型分析其模態(tài)，氣泡的半徑取r=1.0X10-4 m。外加500 N的載荷、分析頻率選擇50 kHz，取2個(gè)氣泡有限元結構上的點(diǎn)進(jìn)行計算。將點(diǎn)的位移數據保存下來(lái)，通過(guò)響應函數得到結構上的點(diǎn)在周期變化的載荷作用下的位移變化。
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