有限长周期性结构的水下声学性能研究

有限长周期性结构的水下声学性能研究

王晨 ,王彦庆

航空工业陕西飞机工业有限责任公司  西省汉中市 723000

摘要：有限元软件在使用过程中可以建立有限长周期性局域共振结构的仿真模型，在实际的分析过程中，能较为直观的结构与材料的分析，并建立相应的共振单元带隙图准确性的分析。在本文的分析中，主要阐述了有限长周期性结构的水下声学性能的检测方法，为相关领域工作人员提供一定的参考。

关键词：有限长周期；水下声学；低频带隙

引言：局域共振声学超材料的使用，是一种声子晶体研究当中，所发现的一种全新的人工周期材料。周期性局域共振结构的出现，主要是基于小波长的小尺寸结构形式，进行相应高效率传播，这样就可以在减振降噪处理当中，具备着较强的技术优势。

1 技术背景

在近些年的技术发展中，对于周期性基于共振结构的研究过程中，主要涉及到传递矩阵法、平面波展开法、集中质量法以及统计能量法等各种不同类型的技术类型。在基于传递矩阵法的分析方式，可以对层状周期性隔振墙，进行相应的带隙分析。在后续使用有限元软件的分析方式，实现对频率响应方面的分析。而后续一些研究人员，从导纳法与传递矩阵法的方式，进行该技术的带隙结构的分析，这样提出了负泊松比的周期性蜂窝结构，这样就可以利用有限元软件，进行相应的压缩性能的分析。在后续进行周期性的分析与评价环节，要结合填充率与散射形态，进行合理化的分析与处理，以此强化对有限元法的分析效果[1]。

在当下对于周期性局域共振结构的分析中，基本上都是无限大周期结构的分析方式，在后续进行讨探与评估环节，主要是对于一些单元材料结构参数变化并不大，以此一些无限大周期的分析，对于带隙特性进行针对性的声波完全阻隔，以此满足相应的分析。但是在实际的使用当中，一般无法制造出无限大结构，另外还要对内部的结构变化与调整情况进行判断，这样才可以较为合理的对有限长度进行局域共振结构的集中分析。

2 技术理论与验证

2.1 有限元分析曲线计算

在基于弹性力学理论的分析中，这是一种无初始应力自然状态下，基于理想弹性介质的变形程度，在弹性波的均匀分析中，进行相应的计算与判断，这样才可以较为合理的满足分析需求[2]。

2.2 模型验证

完成了相关分析对象的模型建立之后，就需要对模型的全部验证单元进行验证与分析。例如，验证单元当中的二维单元的分析，是一种两个组分的构成方式。其次，进行相应的结构分析环节，也相应的要保持对不同细节的处理。

例如，在软件当中的分析中，主要是对于内部的晶胞单元的四个位置，设定为周期性边界条件，这样的分析方式，可以形成无限大的结构。其次，进行相应的验证模型的环节，还要结合项目计算的不同阶段频率。相关工作人员结合屏散曲线，设置出明确的分析内容。但是需要注意的是，在基于有限元的分析环节，需要对集中质量法所出现的一些误差分析，要进行合理化的误差把控，特别是利用对不同局域共振单元的带隙图的分析，以此满足运行的需求。

3 声学性能分析

进行实际分析环节，需要结合系统运行的实际情况，结合项目分析常见问题，例如在本文的分析中，基于某结构两台带隙，频率控制在400-900hz，以及1500-1700hz 的程度，这样使得声波无法在这样的结构当中进行广泛传播。但是在后续进行处理的过程中，采用的二维三组元局域共振单元的分析方式，建立了10晶胞的有限周期基于的共振解结构。进行具体的分析中，还要明确分析对象的细节，以及在后续进行分析的环节，采用针对性的局域共振结构，以及在后续进行流固耦的界面处理当中，设定背景压力场，从而进行良好分析与处理[3]。

3.1 10晶胞厚声学性能

在平面波的分析环节，保持在垂直入射条件下，不同的共振细胞的处理当中，形成的声学性能结构，需要明确出反射系数，以及在进行相应的后续分析环节，还要对无限大的周期性结构进行带隙的集中分析。后续进行相应地带隙频率的范围处理当中，还要对内部结构进行评估，并避免出现对传播的阻隔。另外，进行长区域的局域共振结构分析环节，虽然无法全面阻碍声波的传输，还是需要对大量的能量进行集中的分析，从而满足人们的运行需求。在进行有限长局域共振结构的评估处理，还要对有限长局域的共振结构调整。另外，进行相应的声能量的评估与处理，就要进行针对性的调整，才可以很好的满足人们的后续需求。

3.2 晶胞个数影响

在进行后续的分析中， 需要对系统的运行结构进行合理化的评估。例如，相应的系统运行环节，参与到的结构参数保持不便，同时在晶胞个数的处理当中，对于有限大局域共振的结构进行相应的评估。在后续进行声学性能的评价环节，对于相应的带隙频率的分析，所形成的发射系数会不断的加大。特别是伴随着晶胞个数的增加，使得进行分析环节，会发现发射的系数得到了较大的提升。其次，进行频率的范围处理环节，还需要进行局域共振结构的整体分析，这样就可以很好的对不同的周期结构进行相应的范围设定。

3.3 基体损耗因子影响

在周期性的局域共振的结构分析环节，主要是利用软件的基体，以及在后续进行不同位置的共振耗能的分析环节，对于不同结构进行针对性的声学性能的评估。其中具体的研究环节，一方面要加强橡胶材料的评估，还需要对材料的损耗特性建立相应的曲线分析。相关工作人员基于结构声学性能的分析与处理，强化频率相关结构，才可以最大化的满足运行需求。

在改变了机体的材料损耗因子之后，还要对结构的反射系数进行评估。但是经过实验分析，发现这样的系数变化并不充足，只有在一些高频位置上的分析中，对于频率的处理得到了良好的控制。特别是在进行分析的环节，频率的范围平面波的分析环节，对于整个频率范围都得到了较大的提升。因此，金逆行相应的投射系数的分析环节，需要保障整个范围得到较大的提升，以此基于细声系数的曲线变化，判断出试验信息。

3.4 空腔存在影响

在进行实际的研究与分析中，其中周期性的单元出现了缺陷问题，就会导致结构带隙的特征出现一定的变化。在相应的分析过程中，往往需要对晶体局域共振结构，进行全面的分析与调整。其次，进行后续的研究与评估中，也相应的要结合分析的细节，进行相应的集中处理，这样就可以很好的在后续进行分析与判断中，提升对不用分析结构的集中处理效果。例如，结构当中的声能量降低之后，细声系数会发生一定程度的降低。另外，进行后续的分析环节，也相应的要对结构内部进行评估，这样才可以良好的提升分析总体水平。

在相应的基于反射系数的峰值进行分析，可以判断出周期性共振单元带来的缝隙频率，以及进行相应的分析处理环节，强化晶胞局域内部的结构特征。特别是进行相应的晶胞核的分析环节，保持对不同数量级的分析，并后续对于原本结构的分析与处理，以此避免对结构带来声学性能的影响。利用这样的分析方式，强化了声学性能的集中分析能力，以及保持对原本结构的评估处理能力，从而保障提升周期性的分析效果。最后，相关工作人员还要强化系统分析的逻辑处理能力，避免受到外界因素的影响，从而导致相关工作人员数据采集病害合理，强化结构分析的效果。

总结：综上所述，在进行有限长周期性结构的水下声学性能中，需要结合系统与软件运行的基础逻辑，同时强化周期性结构分析效果，这样带来的水下声学性能的分析与检测，保持了一个良好的分析处理效果，并为相关领域工作人员提供良好分析基础。

参考文献：

[1]狄宏规,郭慧吉,周顺华,等. 非饱和土-结构动力响应的多耦合周期性有限元法[J]. 力学学报,2022,54(01):163-172.

[2]曹艳梅,杨林,李东伟. 高速铁路周期性桥梁频域有限元法及墩底动反力分析[J]. 铁道学报,2020,42(11):146-154.

[3]陆建飞,陆雅楼,沙萱. 移动载荷作用下周期性高架桥有限元模型[J]. 济南大学学报(自然科学版),2018,32(05):362-371.